Leksioni 8. Karakteristikat e frekuencës së transistorëve bipolarë. Funksionimi BT në modalitetin kyç. Proceset kalimtare.
Karakteristikat e punës tranzistor bipolar në frekuenca të larta
Kufizoni frekuencën kur ndizni me një bazë të përbashkët
Kufizoni frekuencën kur ndizet me një emetues të përbashkët
Frekuenca e ndërprerjes
Karakteristikat statike të BT në modalitetin kyç
Procesi i ngritjes së energjisë rryma e kolektorit. Koha e vonesës dhe koha e ngritjes
Procesi i fikjes së rrymës së kolektorit. Koha e resorbimit dhe koha e kalbjes
Pulsi BT me diodë Schottky
Karakteristikat e funksionimit të një transistori bipolar në frekuenca të larta . Proceset fizike në BT nuk ndodhin menjëherë. Kur frekuenca e sinjalit bëhet në përpjesëtim me kohën e shfaqjes së proceseve kryesore fizike (koha e fluturimit të transportuesve përmes bazës, koha e rimbushjes së kapaciteteve të kryqëzimeve p-n), vetitë përforcuese të BT përkeqësohen. Për të analizuar funksionimin e një transistori me sinjale me frekuencë të lartë, përdoren modele dinamike, të cilat ndryshojnë nga ato statike duke marrë parasysh ndikimin e kapaciteteve të kryqëzimit. Në këtë rast, kapacitetet penguese të kryqëzimeve përshkruajnë procese të ngjashme me rimbushjen e kondensatorëve konvencionalë, dhe kapacitetet e difuzionit, të shkaktuara nga akumulimi dhe resorbimi i bartësve jo ekuilibër, marrin parasysh njëkohësisht shpejtësinë përfundimtare të lëvizjes së tyre.
Kufizoni frekuencën kur ndizet me një bazë të përbashkët . Koha e kufizuar e lëvizjes së transportuesve të ngarkesës joekuilibër të pakicës nëpër bazë çon në një vonesë fazore të rrymës së kolektorit nga rryma bazë, prandaj koeficienti i rrymës së emetuesit përpara bëhet kompleks:
ku dhe janë amplituda komplekse e rrymës së kolektorit dhe emetuesit, përkatësisht.
Nëse shënojmë 0 Fitimi përpara me frekuencë të ulët, atëherë përafrimi i varësisë së frekuencës duke përdorur një lidhje të rendit të parë mund të paraqitet si:
Ku j- njësi imagjinare,
f- frekuenca e sinjalit,
f – kufizimi i frekuencës BT në një qark me një bazë të përbashkët.
Nga formula 8-2 gjejmë modul Dhe argument gjithëpërfshirëse Koeficient transfertat
Varësia e modulit dhe argumentit të koeficientit të transferimit të drejtpërdrejtë të rrymës së emetuesit nga frekuenca është paraqitur në Fig. 8-1.
Grafikët (Fig. 8-1) demonstrojnë një rënie në modulin e koeficientit të transmetimit përpara dhe një rritje në vonesën e fazës së rrymës së kolektorit nga rryma e emetuesit me rritjen e frekuencës së sinjalit. Në frekuencën kufizuese, moduli i koeficientit të transmetimit përpara zvogëlohet me një faktor, dhe vonesa e fazës është 45.
Kufizoni frekuencën f na lejon të gjykojmë vetitë amplifikuese të BT në një qark me OB.
Kufizoni frekuencën kur ndizet me një emetues të përbashkët . Në një qark emetues të përbashkët, vetitë e amplifikimit të BT përcaktohen nga koeficienti kompleks i transferimit të drejtpërdrejtë të rrymës bazë:
ku dhe janë amplituda komplekse e rrymës së kolektorit dhe rrymës bazë, përkatësisht.
Për të shkuar në një qark me një emetues të përbashkët, ne e shprehim atë përmes:
Duke zëvendësuar (8-2) në formulën (8-6), marrim
. (8-7)
Le të transformojmë formulën (8-7) duke prezantuar koeficienti i transferimit përpara të rrymës bazë në frekuencë të ulët Dhe frekuenca kufizuese në një qark me OEf β = f (1 – 0 ) :
Formula (8-8) ka të njëjtën formë si (8-2), por frekuencën f β dhjetëra deri në qindra herë më e ulët f . Në të vërtetë, dhe formula për f β merr formën:
Por shumica kanë BT β 0 arrin në dhjetëra - qindra.
Grafikët e varësisë së modulit dhe argumentit të koeficientit kompleks të transferimit të rrymës bazë nga frekuenca kanë të njëjtën formë si në Fig. 8-1 me zëvendësim f në f β . Vini re se zhveshja e modulit ndodh në një frekuencë shumë më të ulët se ajo e modulit.
Frekuenca e ndërprerjes . Për të karakterizuar vetitë e frekuencës së BT, shpesh përdoret frekuenca e ndërprerjes. Frekuenca e ndërprerjes f GR- kjo është frekuenca e sinjalit në të cilën moduli i koeficientit të transferimit të rrymës bazë është i barabartë me unitetin. Ekuacioni për frekuencën e ndërprerjes është marrë nga përkufizimi i tij:
Ku .
Neglizhimi i njësisë në krahasim dhe përdorimi i formulave f β = f (1 – 0 ) , marrim f GR = 0 f . Duke marrë parasysh atë 0 1 , mund të supozojmë se frekuenca e ndërprerjes është pothuajse e barabartë me frekuencën e ndërprerjes në qark me OB:
f GR f . (8-10)
Shpesh të dhënat e referencës ofrojnë modulin e koeficientit të transferimit të rrymës bazë në frekuencë të lartë f. Nën lartë kuptojnë frekuencën f, duke plotesuar kushtin f β << f < f GR. Në këtë kusht, frekuenca e ndërprerjes mund të llogaritet lehtësisht duke përdorur formulën
f GR = f . (8-11)
Për të përshkruar vetitë e frekuencës së BT përdoren gjithashtu:
frekuenca maksimale e gjenerimit f maksimumi, në të cilën fitojnë fuqinë Kp = 1;
konstante kohore e ciklit të reagimit r B" C TE .
Karakteristikat statike të BT në modalitetin kyç . BT-të përdoren gjerësisht në teknologjinë elektronike si ndërprerës transistorësh. Detyra e çelësit është të sigurojë tension maksimal në të gjithë ngarkesën në gjendje të hapur dhe rrymë minimale të ngarkesës në gjendje të mbyllur.
Le të shqyrtojmë një qark të ndërprerësit të tranzistorit të bazuar në një transistor bipolar n-p-n (Fig. 8-2). Rryma bazë I B krijuar nga aplikimi i tensionit pozitiv U B te rezistenca R B(). Tensioni U BËHET transistori i silikonit në gjendje të hapur është afërsisht 0,7 V. Rryma bazë shkakton shfaqjen e rrymës së kolektorit I TE që rrjedh përmes rezistencës së ngarkesës R TE .
Kur çelësi është i hapur, voltazhi në vetë tranzitorin është U CE duhet të jetë sa më i vogël që të jetë e mundur, që korrespondon me mënyrën e ngopjes.
Nëse rryma bazë është zero, atëherë transistori është në modalitetin e ndërprerjes dhe një rrymë rrjedhjeje e parëndësishme e barabartë me I KB0 (B + 1). Kjo gjendje e ndërprerësit të tranzistorit është e mbyllur.
Për të analizuar tranzistorin në modalitetin e komutimit, do të ndërtojmë një vijë të drejtë ngarkese në familjen e karakteristikave të daljes I-V të BT në qarkun OE (Fig. 8-3). Figura tregon se ekziston një rrymë e caktuar minimale bazë I BG, i quajtur rryma bazë kufizuese, në të cilën tranzistori kalon në modalitetin e ngopjes. Në rrymat e bazës më të ulët I B
<
I BG transistori është në modalitetin aktiv ( I B1 ,
I B2 ,
I B3 në Fig. 8-3). Në rryma bazë më të larta I B
>
I BG tranzistori mbetet në modalitetin e ngopjes. Rryma e kufirit bazë mund të llogaritet duke ditur rrymën e ngopjes së kolektorit I KN sipas formulës së vlefshme për modalitetin aktiv. Tensioni midis kolektorit dhe emetuesit në modalitetin e ngopjes U KEN zakonisht arrin në të dhjetat e voltit dhe varet dobët nga rryma bazë.
Natyrisht, për të vendosur tranzistorin në modalitetin e ngopjes, është e nevojshme të aplikoni një rrymë bazë që tejkalon rrymën kufi. Karakteristika që tregon se sa herë rryma bazë e kalon rrymën kufi është thellësia e ngopjes:
Procesi i ndezjes së rrymës së kolektorit. Koha e vonesës dhe koha e ngritjes . Le të aplikojmë një hap të tensionit në hyrjen e çelësit të tranzitorit U B >> U BËHET. Në këtë rast, rryma bazë do të rritet menjëherë nga 0 në (Fig. 8-4 (a)). Le të monitorojmë ndryshimin e rrymës së kolektorit (Fig. 8-4 (b)). Rryma e kolektorit shfaqet me vonesë t h . Koha e vonesës t h për shkak të faktit se elektronet e injektuara nga emetuesi në bazë kërkojnë pak kohë për të udhëtuar në kryqëzimin e kolektorit. Më tej gjatë një periudhe kohore t f ka një rritje pothuajse eksponenciale të rrymës së kolektorit derisa të arrijë rrymën e ngopjes I KN . t f thirrur koha e përparme dhe zakonisht llogaritet ndërmjet niveleve të rrymës së kolektorit prej 0.1 I KN dhe 0.9 I KN. Koha e përparme përcaktohet nga procesi i akumulimit të bartësve të pakicës joekuilibri në bazë dhe varet nga thellësia e ngopjes s. Koha e ngritjes është në përpjesëtim me jetëgjatësinë e mbartësve të pakicave jo-ekuilibër në bazë B dhe zvogëlohet me rritjen e thellësisë së ngopjes. Kapaciteti i kolektorit gjithashtu rritet t f .
Procesi i fikjes së rrymës së kolektorit. Koha e resorbimit dhe koha e kalbjes . Le të shqyrtojmë tani proceset që ndodhin kur çelësi i transistorit është i fikur. Kur tensioni në hyrje të çelësit U B hidhet në zero ose merr një vlerë negative, rryma bazë nuk ndalet menjëherë. Bartësit jo ekuilibër të grumbulluar në modalitetin e ngopjes krijojnë një rrymë bazë, e cila tani ka drejtim të kundërt (Fig. 8-5 (a)). Gjatë procesit të resorbimit, transistori mbetet ende në modalitetin e ngopjes për koha e resorbimit t R, ndërsa rryma e kolektorit mbetet praktikisht konstante dhe e barabartë me rrymën e ngopjes: I TE = I KN(Fig. 8-5 (b)). Gjatë t R përqendrimi i ngarkesave minoritare joekuilibri në bazë zvogëlohet pothuajse në mënyrë të njëtrajtshme dhe arrin zero së pari pranë kryqëzimit kolektor. Prandaj, pasi të ketë kaluar koha e resorbimit, transistori kalon në modalitetin aktiv. Pas përfundimit të procesit të resorbimit, rryma e kolektorit fillon të bjerë. Në këtë rast, pranë kryqëzimit të emetuesit, mbetet ende një ngarkesë e caktuar e bartësve jo ekuilibër, e cila zvogëlohet si për shkak të proceseve të rikombinimit në bazë ashtu edhe për shkak të rrjedhjes së tyre nga baza. Ky proces ndodh gjatë koha e rënies t sipërmarrje e përbashkët(Fig. 8-5 (b)). Si rezultat, kryqëzimi i emetuesit është gjithashtu i njëanshëm në drejtim të kundërt dhe rryma e kolektorit ndalon. Koha e resorbimit është proporcionale me jetëgjatësinë e transportuesve të pakicës në bazë B dhe rritet me rritjen e thellësisë së ngopjes s.
Pulsi BT me diodë Schottky
. Ndezja dhe fikja e shpejtë e ndërprerësit të tranzistorit imponon kërkesa të kundërta në thellësinë e ngopjes. Me rritjen e thellësisë së ngopjes s Koha e përparme zvogëlohet, por në të njëjtën kohë koha e resorbimit rritet kur fiket. Fakti është se kur rryma e kolektorit arrin ngopjen, procesi i akumulimit të bartësve jo ekuilibër në bazë nuk ndalet, dhe injektimi ndodh si nga kryqëzimet e emetuesit ashtu edhe nga kolektori (të dy kryqëzimet janë të njëanshme përpara). Detyra është të parandalohet akumulimi i mëtejshëm i bartësve jo ekuilibër në bazë pasi transistori të hyjë në modalitetin e ngopjes. Një zgjidhje mjaft efektive për këtë problem është përdorimi i një BT me një diodë Schottky (Fig. 8-6). Një variant i një transistori bipolar me një diodë Schottky zakonisht quhet një transistor Schottky. Teknologjia moderne për prodhimin e qarqeve të integruara e bën mjaft të lehtë zbatimin e një kombinimi të tillë.
Meqenëse tensioni i bashkimit të kolektorit të një tranzitori silikoni në modalitetin e ngopjes është 0,7 V, dhe ai i një diode Schottky (0,2...0,4) V, kryqëzimi i kolektorit i anuar nga një tension kaq i ulët përpara praktikisht nuk shkakton injektim. e bartësve jo ekuilibër, duke reduktuar kështu kohën e resorbimit t R .
Me rritjen e frekuencës, vetitë e amplifikimit të transistorit përkeqësohen. Kjo ndodh kryesisht për dy arsye. Arsyeja e parë është inercia e procesit të difuzionit, e cila shkakton lëvizjen e vrimave përmes bazës deri në kolektor.
Për transferimin e drejtuar të grimcave, është e nevojshme që përqendrimi i tyre të ulet në drejtim të transferimit. Rryma e vrimës pranë kryqëzimeve të emetuesit dhe kolektorit është proporcionale me gradientin e përqendrimit të vrimës në këto seksione, d.m.th. është në përpjesëtim me pjerrësinë e tangjentes së tërhequr me kurbën e shpërndarjes së përqendrimit në pikat përkatëse.
Me një ndryshim të shpejtë në rrymën e injektimit, përqendrimi i vrimave në kryqëzimin e emetuesit ndryshon. Por procesi i ndryshimit të përqendrimit të vrimave nuk mund të përhapet menjëherë në të gjithë bazën dhe të arrijë në kryqëzimin e kolektorit.
Ndryshimet e shpejta në përqendrimin e vrimës në kryqëzimin e emetuesit arrijnë me vonesë në kryqëzimin e kolektorit dhe zvogëlohen në amplitudë. Në frekuenca të larta, amplituda e rrymës së kolektorit zvogëlohet dhe ajo mbetet në fazë me rrymën e emetuesit (Fig. 4.18). Rrjedhimisht, me rritjen e frekuencës së lëkundjeve, vetitë e amplifikimit të tranzistorit përkeqësohen.
Një rënie në vetitë e amplifikimit të një transistori me frekuencë në rritje manifestohet në varësinë e koeficientëve të transferimit të rrymës së emetuesit dhe bazës nga frekuenca (Fig. 4.19).
Frekuenca në të cilën moduli i koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit bie me 3 dB (me një faktor) në krahasim me vlerën e tij të frekuencës së ulët quhet frekuenca kufizuese e koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit ose. Në varësi të frekuencës, ka frekuencë të ulët (< 3 МГц), среднечастотные
(3 MHz< < 30 МГц), высокочастотные (30 МГц < < 300 МГц) и сверхвысокочастотные ( >300 MHz) tranzistorë.
Frekuenca në të cilën moduli i koeficientit të transferimit të rrymës bazë bie me 3 dB (me një faktor) në krahasim me vlerën e tij me frekuencë të ulët quhet frekuenca kufizuese e koeficientit të transferimit të rrymës bazë ().
Për shembull, le = 0,99, pastaj . Në frekuencën kufizuese, në të njëjtën frekuencë, që korrespondon me një ulje me një faktor.
Nga ky shembull është e qartë se vetitë e frekuencës së tranzistorit në qark me OE janë më të këqija. Frekuenca kufizuese në qarkun me OE është afërsisht disa herë më e ulët se në qarkun me OB.
Gjatë llogaritjes së qarqeve, frekuenca kufizuese e koeficientit të transferimit të rrymës në një qark me OE () përdoret shpesh si parametër, në të cilin moduli i koeficientit të transferimit të rrymës bazë bëhet i barabartë me njësinë (Fig. 4.19, b). Frekuenca është më e lehtë për t'u matur sesa frekuenca e ndërprerjes. Prandaj, librat e referencës zakonisht japin vlerën . Ekziston një lidhje midis frekuencës kufizuese të koeficientit të transferimit të rrymës në një qark me OE () dhe frekuencës kufizuese përkatëse:
Gif align=right>Vonesa e rrymës së kolektorit në raport me rrymën e emetuesit në frekuenca të larta ilustrohet nga një diagram vektorial i rrymave në tranzistor (Fig. 4.20). Një frekuencë më e lartë e sinjalit korrespondon me një kënd më të madh vonese. Nga diagramet vektoriale mund të shihet se me rritjen e frekuencës, këndi i vonesës rritet, moduli i rrymës së kolektorit zvogëlohet, dhe rrjedhimisht moduli i koeficientit, por moduli i rrymës bazë rritet edhe më shpejt, dhe për këtë arsye moduli i koeficientit zvogëlohet po aq shpejt:
Arsyeja e dytë që përkeqëson vetitë e amplifikimit të një transistori me frekuencë në rritje është kapaciteti pengues i kryqëzimit të kolektorit.
Në qarkun ekuivalent të një faze përforcuesi në një tranzistor me OB (Fig. 4.21) për frekuenca të larta, mund të shihet se kapaciteti largon rezistencën (rezistenca dhe mund të neglizhohen, pasi janë të mëdha në krahasim me dhe ). Në mënyrë konvencionale, mund të supozojmë se efekti i manovrimit të një kapaciteti bëhet i dukshëm kur rezistenca e tij bëhet më e vogël se ajo e shuntuar, d.m.th.
Nëse pranojmë = 0, atëherë vetitë e frekuencës së qarkut kolektor të vetë tranzitorit mund të vlerësohen duke përdorur barazinë:
Ose , (4.41)
ku është frekuenca rrethore, duke filluar nga e cila duhet të merret parasysh efekti i shuntimit Sk; – Parametri i tranzistorit quhet konstanta kohore e qarkut të reagimit në frekuencë të lartë.
Sa më pak , aq më shumë, d.m.th. aq më e lartë është frekuenca e ndërprerjes së qarkut kolektor.
Duhet të theksohet se në këto frekuenca tranzistori ende mund të amplifikojë dhe gjenerojë lëkundje elektrike. Një gjenerator është një përforcues me reagime pozitive të mbyllura, kur një sinjal nga dalja e vetë amplifikatorit furnizohet në hyrje, dhe amplifikatori "lëkundet" vetë.
Por ekziston një frekuencë maksimale e caktuar (ose frekuencë gjenerimi) në të cilën fitimi i fuqisë së tranzistorit bëhet i barabartë me njësinë = 1. Në frekuenca më të mëdha se , tranzistori më në fund humbet vetinë e tij përforcuese. Kjo frekuencë është e njëjtë për të gjitha qarqet komutuese të tranzistorit dhe përcaktohet si
. (4.42)
Frekuenca maksimale e gjenerimit është frekuenca më e lartë në të cilën një transistor është në gjendje të gjenerojë në një qark vetë-oshilator .
Rrjedhimisht, një nga arsyet kryesore për kufizimin e kufirit të sipërm të frekuencës së funksionimit të transistorit është prania e një kapaciteti difuzioni të kryqëzimit të emetuesit dhe, si pasojë, inercia e procesit të difuzionit në bazë. Është e qartë se transistorët me fuqi të ulët me një kryqëzim emetues pikash dhe një bazë të hollë kanë frekuenca më të larta se transistorët planarë me fuqi të lartë të projektuar për tensione të larta, d.m.th. me një bazë më të gjerë.
Për të përmirësuar vetitë e frekuencës së transistorëve, është e nevojshme të detyrohen transportuesit e pakicës të injektuar në bazë të lëvizin më shpejt në kryqëzimin e kolektorit. Për ta bërë këtë, baza e disa transistorëve dopohet në mënyrë të pabarabartë: më shumë në kryqëzimin e emetuesit dhe më e dobët në kryqëzimin e kolektorit. Në res
Si rezultat, përqendrimi i bartësve të shumicës në kryqëzimin e emetuesit rritet, dhe në kryqëzimin e kolektorit zvogëlohet.
Kur vendoset një gjendje ekuilibri brenda bazës, disa nga bartësit e shumicës shpërndahen nga kryqëzimi i emetuesit në kryqëzimin e kolektorit. Pranë kryqëzimit të emetuesit, jonet e papastërtive të pakompensuara mbeten dhe një tepricë e bartësve të shumicës formohet pranë kryqëzimit të kolektorit. Në bazë shfaqet një fushë elektrike e difuzionit, e cila p-n-p- transistori drejtohet nga kryqëzimi i emetuesit në kryqëzimin e kolektorit. Kjo fushë po përshpejtohet për transportuesit e pakicave që lëvizin nga kryqëzimi i emetuesve në kryqëzimin e kolektorëve.
Vrimat e injektuara në bazë do të lëvizin nga kryqëzimi i emetuesit në kryqëzimin e kolektorit jo vetëm për shkak të difuzionit, por edhe për shkak të lëvizjes, d.m.th. më shpejt. Transistorë të tillë quhen drift Ndryshe nga pa lëvizje , baza e së cilës është e dopuar në mënyrë uniforme. Vetitë e frekuencës së transistorëve drift janë dukshëm më të mira.
Për të llogaritur frekuencën e ndërprerjes, është e nevojshme të njihen kapacitetet penguese të kryqëzimeve dhe rezistencat e bazës, emetuesit dhe kolektorit. Kapaciteti i kryqëzimit kolektor është i njohur. Le të llogarisim kapacitetin pengues të kryqëzimit të emetuesit. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të përcaktohet zona e sipërfaqes anësore të emetuesit.
Le të llogarisim kapacitetin pengues të kryqëzimit të emetuesit për një tension të caktuar të emetuesit përpara-bazë U (0,5 V).
Llogaritja tregoi se kapaciteti i emetuesit është më i vogël se ai i specifikuar. Nëse doli të ishte më i madh, zona e emetuesit ose përqendrimi i papastërtive në emetues do të duhej të reduktohej.
Le të llogarisim rezistencën e emetuesit. Është e barabartë me shumën e rezistencës rte të trupit të emituesit dhe rezistencës diferenciale në pikën e funksionimit të kuqe. Meqenëse frekuenca e ndërprerjes është vendosur në një rrymë emetuesi prej 0,5 A, rezistenca diferenciale përcaktohet në këtë rrymë.
Le të gjejmë rezistencën e trupit të emetuesit.
Le të llogarisim rezistencën diferenciale të emetuesit.
Le të llogarisim rezistencën e emetuesit.
Le të llogarisim rezistencën e trupit të kolektorit rk. Shpejtësia e tranzistorit dhe rënia e tensionit në të në gjendje të ngopur varen nga rezistenca e trupit të kolektorit. Prandaj duhet të jetë sa më i vogël. Le të supozojmë se lëvizshmëria e elektroneve në shtresën epitaksiale të kolektorit është nk = 1500 cm2(Vs).
Le të përcaktojmë rezistencën e kolektorit.
Le të llogarisim rezistencën e pamoduluar të shtresës epitaksiale të kolektorit, duke marrë parasysh zgjerimin e SCR në rajonin e kolektorit. Frekuenca e ndërprerjes është vendosur në një tension kolektor-bazë prej 5 V. Prandaj, ne do të llogarisim zgjerimin e SCR në rajonin e kolektorit në këtë tension.
Rezistenca e bazës përfaqëson njëfarë rezistence efektive për rrymën alternative të bazës midis jastëkut dhe qendrës së emetuesit. Ai përfshin tre rezistenca të lidhura në seri: rezistenca e kontakteve të bazës, rezistenca e rajonit pasiv të bazës (midis skajit të emetuesit dhe skajit më të afërt të jastëkut), rezistenca e rajonit aktiv të bazës ( ndërmjet qendrës dhe skajeve të emetuesit).
Le të llogarisim rezistencën e bazës aktive, duke marrë parasysh faktin se ka një nivel të ulët të injektimit. Në një nivel të lartë injektimi, rezistenca aktive e bazës zvogëlohet (modulimi i rezistencës së bazës). Në këtë rast mund të llogaritet, për shembull, si në.
Le të llogarisim rezistencën e bazës pasive
Le të llogarisim rezistencën e kontakteve bazë. Vlera tipike e rezistencës së kontaktit? c p-silic i ndotur shumë nga alumini 10-4 - 10-5 Ohm cm2
Rezistenca totale e bazës është
Frekuenca e ndërprerjes në një qark me emetues të përbashkët është afërsisht e barabartë me frekuencën e ndërprerjes në një qark me bazë të përbashkët. Frekuenca kufizuese mund të llogaritet duke përcaktuar konstantën kohore të procesit kalimtar në një qark bazë të përbashkët. Konstanta e kohës është shuma e konstantës së kohës së emetuesit Re Ce, konstantës së kohës së kolektorit (rk + rb) Ck, kohës bazë të fluturimit pb, kohës SCR të kolektorit të fluturimit?prk.
Le të llogarisim kohën e fluturimit të kryqëzimit të kolektorit për tensionin midis kolektorit dhe bazës Ukbfg. Le të vendosim lëvizshmërinë e elektroneve në kolektor në k = 1500 cm2/(Vs). Për të llogaritur kohën e fluturimit, së pari përcaktojmë gjerësinë e kolektorit SCR Lk1.
Koha e fluturimit të kryqëzimit kolektor gjendet si më poshtë
Vlera e fituar mund të jetë e gabuar nëse elektronet në SCR arrijnë shpejtësinë maksimale në silikon Vs të barabartë me 107 cm/s. Le ta kontrollojmë këtë gjendje. Le të përcaktojmë shpejtësinë e lëvizjes së elektroneve në SCR
Shpejtësia e lëvizjes e kalon kufirin. Prandaj, për të përcaktuar kohën e fluturimit, duhet të vazhdohet nga fakti se shpejtësia e transportuesit është e barabartë me maksimumin. Për të përcaktuar kohën e fluturimit, ndani gjerësinë e SCR me shpejtësinë maksimale.
Gjatë llogaritjes së kohës së fluturimit të një elektroni në bazë, është e nevojshme të merret parasysh shpërndarja e pabarabartë e papastërtisë, e cila çon në shfaqjen e një fushe elektrike në bazë. Për ta marrë parasysh atë, përdoret koncepti i faktorit të fushës në bazë. Faktori i fushës është futur për të vlerësuar fuqinë e ndikimit të fushës përshpejtuese në bazë në lëvizjen e bartësve të pakicës. Tregon sa herë diferenca potenciale në bazë, që rezulton nga fusha e integruar, është më e madhe se potenciali termik t. Faktori i fushës duhet të merret parasysh vetëm në nivele të ulëta të injektimit.
Me rritjen e frekuencës, parametrat e transistorit ndryshojnë në mënyrë dramatike. Më e rëndësishmja është varësia e koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit α (ose baza β) nga frekuenca. Mund të tregohet se:
Kjo është një sasi komplekse. Karakterizohet nga moduli α(ω) dhe faza φ α:
Nga formula duket qartë se me rritjen e ω α - zvogëlohet, d.m.th. Me rritjen e ω, procesi i rikombinimit të bartësit në bazë rritet.
Karakteristikat e frekuencës së tranzistorit përmirësohen me zvogëlimin e trashësisë së bazës w dhe me rritjen e koeficientit të difuzionit D transportuesit e tarifave të pakicës:
Duhet të kihet parasysh se ndërsa trashësia e bazës zvogëlohet, rezistenca e saj vëllimore rritet, dhe kjo është e keqe.
Sa më i madh të jetë lëvizshmëria e transportuesve të ngarkesës, aq më të larta kanë vetitë e frekuencës së transistorëve.
Kjo është arsyeja pse p-p-p transistorët janë me frekuencë më të lartë se r-p-r, sepse Lëvizshmëria e elektroneve është më e lartë se ajo e vrimave.
Tranzistorët e silikonit kanë lëvizshmëri më të ulët të bartësit, dhe për këtë arsye ata janë më pak me frekuencë të lartë se transistorët e germaniumit, të gjitha gjërat e tjera janë të barabarta.
Frekuencat në të cilat moduli i koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit α(ω) zvogëlohet me √2 herë (3 dB) në krahasim me vlerën e tij në frekuencë të ulët quhet frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit dhe përcaktohet f α ose ω α =2 π f α :
ku α 0 është moduli i koeficientit të transferimit të rrymës në frekuencë të ulët (ω=0).
Duhet të theksohet se transistorët e bërë nga i njëjti material, por me trashësi të ndryshme bazë, do të kenë të ndryshme f α .
Mund të tregohet se frekuenca e ndërprerjes në një qark me OB është e barabartë me:
Për të marrë frekuenca të larta, për shembull për germanium Ge f α Kërkohet =100 MHz w < 4 mikron.
Frekuencat e ndërprerjes janë të lidhura me kapacitetin e difuzionit të emetuesit C ed raport:
Për llogaritjet inxhinierike, mund të përdorni formulën:
Prandaj, karakteristikat e amplitudës dhe frekuencës fazore të koeficientit të transmetimit duken si në figurë (vija e fortë tregon varësitë reale të llogaritura duke përdorur formula më të sakta, vija me pika tregon ato të llogaritura):
Koeficienti i transferimit të rrymës bazë (β) në një qark të përbashkët emetues varet nga frekuenca më shumë se α në një skemë me një bazë të përbashkët.
Kjo nuk është për shkak të uljes së α, por rritjes së φ α. Në frekuenca të ulëta rryma I TE Dhe I E janë në fazë:
Në frekuenca të larta rryma I TE fillon të mbetet prapa në fazë I E dhe ulje në vlerë absolute, a I b rritet disa herë:
Zhvendosja e fazës në frekuencë ω<0,1ω α (не превышает 7°) можно учесть поправочным коэффициентом:
Frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës në një qark me OE është afërsisht (1+β 0) herë më pak se frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit në një qark me OB, d.m.th.:
β 0 zvogëlohet në 0.7 β 0 në frekuencë (1-α 0 ) f α dhe deri në 1 në | h 21b | = 0,5.
Parametrat kryesorë që karakterizojnë vetitë me frekuencë të lartë të transistorëve përfshijnë frekuencat kufizuese dhe kufitare, përkatësisht:
kufizojnë frekuencën f T Fitimi i rrymës në një qark me një emetues të përbashkët (në këtë rast β = h 21e =1);
frekuenca kufizuese * fitimi i fuqisë në të cilën k p =1;
Ku f α - në Hz; r" b ME te - (ps).
Në përcaktimin e frekuencës maksimale të gjenerimit, konstanta kohore e qarkut të reagimit fillon të luajë një rol të madh r" b ME te .
Për rritje f maksimumi duhet të rritet f α dhe zvogëloni r" b ME te .
3. frekuenca e ndërprerjes f α Koeficienti i transferimit të rrymës në një qark me një bazë të përbashkët, mbi të cilin α = 0,7 α 0:
Ku t = 1.2 për transistorë pa drift (difuzion);
t = 1.6 për transistorët drift.
4. frekuenca e ndërprerjes f β Fitimi i rrymës në një qark të përbashkët emetues, në të cilin β = 0,7 β 0:
Zgjidhni f α ≥(3÷ 4) f mustaqet e sipërme
Kur zgjidhni llojin e tranzistorit për një përforcues me brez të gjerë, merrni parasysh sa vijon:
1. Transistori duhet të ketë një vlerë mjaft të madhe f α , gjë që redukton shtrembërimin e frekuencës së fazës së amplifikatorit. Zakonisht f α ≥ (3 ÷4) f V , Ku f V - frekuenca e sipërme e specifikuar e brezit të kalimit të amplifikatorit.
2. Transistori duhet të ketë vlerën më të lartë të mundshme f β , gjë që rrit fitimin e kaskadës. Në këtë rast, është e dëshirueshme që të ketë përhapjen më të vogël të mundshme në këtë parametër.
Se. Për të funksionuar në frekuenca të larta, tranzistori duhet të ketë një trashësi të vogël bazë (w), rezistencë e ulët vëllimore e bazës (r" b ) dhe kapacitet të ulët ME te . Këto kërkesa janë kontradiktore, sepse:
zvogëlohet w shkakton rritje r" b ;
zvogëlohet G" b shkakton rritje ME te (meqenëse përqendrimi i papastërtive në bazë rritet) dhe zvogëlon tensionin e prishjes së kolektorit U te mostrat .
Në këtë drejtim, frekuencat kufizuese të transistorëve pa drift janë relativisht të ulëta.
