Leksioni 8 Karakteristikat e frekuencës së transistorëve bipolarë. Punoni BT në modalitetin kyç. Proceset e tranzicionit.
Karakteristikat e punës tranzistor bipolar në frekuenca të larta
Kufizimi i frekuencës kur ndizet me një bazë të përbashkët
Kufizimi i frekuencës kur ndizet me një emetues të përbashkët
Frekuenca e ndërprerjes
Karakteristikat statike të BT në modalitetin kyç
Procesi i përfshirjes rryma e kolektorit. Koha e vonesës dhe koha e skajit
Procesi i fikjes së rrymës së kolektorit. Koha e resorbimit dhe koha e rënies
Pulse 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 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 të zakonshëm, dhe kapacitetet e difuzionit, për shkak të akumulimit dhe thithjes së transportuesve joekuilibër, marrin parasysh njëkohësisht shpejtësinë e kufizuar të lëvizjes së tyre.
Kufizimi i frekuencës kur ndizet me një bazë të përbashkët . Koha e kufizuar e lëvizjes së transportuesve të vegjël të ngarkesës jo ekuilibër nëpër bazë çon në një vonesë faze të rrymës së kolektorit nga rryma bazë, prandaj koeficienti i transferimit të rrymës së emetuesit përpara bëhet komplekse:
ku u janë përkatësisht amplituda komplekse e rrymës së kolektorit dhe e rrymës së emetuesit.
Nëse caktojmë 0 raporti i transmetimit direkt me frekuencë të ulët, atëherë përafrimi i varësisë së frekuencës duke përdorur një lidhje të rendit të parë mund të përfaqësohet si:
ku j- njësi imagjinare,
f- frekuenca e sinjalit,
f - frekuenca kufizuese e BT në qark me një bazë të përbashkët.
Nga formula 8-2 gjejmë modul Dhe argument gjithëpërfshirëse Koeficient transmetim
Varësia e modulit dhe argumentit të koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit nga frekuenca janë paraqitur në fig. 8-1.
Grafikët (Figura 8-1) tregojnë uljen e modulit të transferimit përpara dhe rritjen e vonesës së fazës së rrymës së kolektorit nga rryma e emetuesit me rritjen e frekuencës së sinjalit. Në frekuencën kufizuese, moduli i koeficientit të transmetimit të drejtpërdrejtë zvogëlohet me një faktor, dhe vonesa e fazës është 45.
Kufizoni frekuencën f ju lejon të gjykoni vetitë përforcuese të BT në një qark me OB.
Kufizimi i frekuencës kur ndizet me një emetues të përbashkët . Në një qark me një emetues të përbashkët, vetitë amplifikuese të BT përcaktohen nga koeficienti kompleks i transferimit të rrymës bazë:
ku u janë përkatësisht amplituda komplekse e rrymës së kolektorit dhe e rrymës bazë.
Për të kaluar në një qark me një emetues të përbashkët, shprehemi në terma:
Duke zëvendësuar (8-2) në formulën (8-6), marrim
. (8-7)
Le të transformojmë formulën (8-7) duke hyrë raporti bazë i transferimit të rrymës përpara 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 për shumicën e BT β 0 arrin në dhjetëra në qindra.
Grafikët e varësisë së modulit dhe argumenti i koeficientit kompleks të transferimit të rrymës së bazës nga frekuenca kanë të njëjtën formë si në Fig. 8-1 me zëvendësim f në f β . Vini re se zbërthimi i modulit ndodh në një frekuencë shumë më të ulët se zbërthimi i modulit.
Frekuenca e ndërprerjes . Për të karakterizuar vetitë e frekuencës së BT, shpesh përdoret frekuenca e ndërprerjes. Frekuenca e ndërprerjes f GRështë frekuenca e sinjalit në të cilën moduli i koeficientit të transferimit të rrymës bazë është i barabartë me një. Ekuacioni për frekuencën e ndërprerjes rrjedh 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 faktin se 0 1 , mund të supozojmë se frekuenca kufizuese është pothuajse e barabartë me frekuencën kufizuese në qarkun me OB:
f GR f . (8-10)
Shpesh në të dhënat e referencës jepet moduli i koeficientit të transferimit të rrymës bazë me 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 me formulë
f GR = f . (8-11)
Për të përshkruar vetitë e frekuencës së BT, përdoren gjithashtu sa vijon:
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 inxhinierinë elektronike si ndërprerës transistorësh. Detyra e çelësit është të sigurojë tensionin maksimal në ngarkesë në gjendje të hapur dhe rrymën minimale të ngarkesës në gjendje të mbyllur.
Konsideroni një qark të ndërprerësit të tranzistorit të bazuar në një transistor bipolar n-p-n (Fig. 8-2). Rryma bazë Unë B krijuar duke aplikuar një tension pozitiv U B te rezistenca R B(). Tensioni U BËHET transistori i silikonit në gjendjen e ndezur është afërsisht 0,7 V. Rryma bazë shkakton shfaqjen e rrymës së kolektorit Unë TE që rrjedh përmes rezistencës së ngarkesës R TE .
Në gjendjen e hapur të çelësit në vetë tranzitorin, tensioni U KE 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 rrjedh përmes rezistencës së ngarkesës, e barabartë me Unë KB0 (B + 1). Kjo gjendje e ndërprerësit të tranzistorit është e mbyllur.
Për të analizuar tranzistorin në modalitetin kyç, ne ndërtojmë një linjë ngarkese në familjen e karakteristikave të daljes I–V të BT në qarkun OE (Fig. 8-3). Nga figura mund të shihet se ekziston një rrymë e caktuar minimale bazë Unë BG, i quajtur rryma kufitare e bazës, në të cilën tranzistori kalon në modalitetin e ngopjes. Në rrymat e bazës më të ulët Unë B
<
Unë BG transistori është në modalitetin aktiv ( Unë B1 ,
Unë B2 ,
Unë B3 në fig. 8-3). Në rryma bazë më të larta Unë B
>
Unë BG tranzistori mbetet në modalitetin e ngopjes. Rryma kufizuese e bazës mund të llogaritet duke ditur rrymën e ngopjes së kolektorit Unë KN Sipas formulës së vlefshme për modalitetin aktiv. Tensioni midis kolektorit dhe emetuesit në modalitetin e ngopjes U KEN zakonisht është të dhjetat e voltit dhe varet dobët nga rryma bazë.
Natyrisht, për të transferuar tranzistorin në modalitetin e ngopjes, kërkohet të aplikohet një rrymë bazë që tejkalon rrymën kufizuese. Një karakteristikë që tregon se sa herë është rryma bazë e tejkalon rrymën kufizuese thellësia e ngopjes:
Procesi i ndezjes së rrymës së kolektorit. Koha e vonesës dhe koha e skajit . Le të aplikojmë një hap të tensionit në hyrjen e ndërprerësit të tranzitorit U B >> U BËHET. Në këtë rast, rryma bazë do të rritet menjëherë nga 0 në (Fig. 8-4 (a)). Le të ndjekim ndryshimin e rrymës së kolektorit (Fig. 8-4 (b)). Rryma e kolektorit shfaqet me vonesë t h . Koha e vonesës t h Kjo është për shkak të faktit se elektronet e injektuara nga emetuesi në bazë kërkojnë pak kohë për të udhëtuar në kryqëzimin e kolektorit. Më pas për një periudhë kohe t f ka një rritje pothuajse eksponenciale të rrymës së kolektorit derisa të arrijë rrymën e ngopjes Unë KN . t f thirrur koha e përparme dhe zakonisht matet ndërmjet niveleve të rrymës së kolektorit 0.1 Unë KN dhe 0.9 Unë KN. Koha e përparme përcaktohet nga procesi i akumulimit të bartësve të vegjël jo ekuilibër në bazë dhe varet nga thellësia e ngopjes s. Koha e përparme është proporcionale me jetëgjatësinë e bartësve të vegjël joekuilibër 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 rënies . Le të shqyrtojmë tani proceset që ndodhin kur çelësi i tranzistorit 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 rrymën bazë, e cila tani ka drejtim të kundërt (Fig. 8-5 (a)). Gjatë procesit të resorbimit, transistori mbetet ende në ngopje për koha e resorbimit t R, ndërsa rryma e kolektorit mbetet praktikisht konstante dhe e barabartë me rrymën e ngopjes: Unë TE = Unë KN(Fig. 8-5 (b)). gjatë t R përqendrimi i ngarkesave të vogla 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 fillon rënia e rrymës kolektore. Në këtë rast, një ngarkesë e caktuar e bartësve jo ekuilibër ruhet ende pranë kryqëzimit të emetuesit, e cila zvogëlohet si për shkak të proceseve të rikombinimit në bazë ashtu edhe për shkak të rrjedhjes së tyre nga baza. Ky proces zhvillohet për koha e vjeshtës t cn(Fig. 8-5 (b)). Si rezultat, kryqëzimi i emetuesit është gjithashtu i njëanshëm nga ana e kundërt dhe rryma e kolektorit ndalon. Koha e resorbimit është proporcionale me jetëgjatësinë e bartësve të vegjël në bazë B dhe rritet me rritjen e thellësisë së ngopjes s.
Pulse 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 ngritjes zvogëlohet, por në të njëjtën kohë, rritet koha e shpërndarjes në fikje. Fakti është se kur rryma e kolektorit arrin ngopjen, akumulimi i 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 pas kalimit të transistorit 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 voltazhi i bashkimit të kolektorit të tranzistorit të silikonit në modalitetin e ngopjes është 0,7 V, dhe dioda Schottky është (0,2 ... 0,4) V, kryqëzimi i kolektorit i anuar nga një tension kaq i vogël përpara praktikisht nuk shkakton injektim të jo -bartësit e ekuilibrit, duke reduktuar kështu kohën e resorbimit t R .
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 jetë më i madh, zona e emetuesit ose përqendrimi i papastërtive në emetues duhet të zvogëlohet.
Llogaritni 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.
Gjeni rezistencën e trupit të emetuesit.
Llogaritni rezistencën diferenciale të emetuesit.
Llogaritni rezistencën e emetuesit.
Llogaritni 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).
Përcaktoni 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 vendoset 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 është një farë rezistence efektive ndaj rrymës AC bazë 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 e bazës aktive zvogëlohet (modulimi i rezistencës së bazës). Në këtë rast, mund të llogaritet, për shembull, si në .
Llogaritni rezistencën e bazës pasive
Llogaritni rezistencën e kontakteve të bazës. Vlera tipike e rezistencës së kontaktit
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 e kohës së kalimtarit 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 dhe kohës së kolektorit SCR 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 të jetë 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 kufizuese 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 kufirin. Për të përcaktuar kohën e fluturimit, është e nevojshme të ndahet gjerësia e SCR me shpejtësinë kufizuese.
Gjatë llogaritjes së kohës së fluturimit të një elektroni në bazë, është e nevojshme të merret parasysh shpërndarja jo uniforme 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, e cila ka lindur për shkak të fushës së 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 tranzistorit ndryshojnë në mënyrë dramatike. Më e rëndësishmja është varësia nga frekuenca e koeficientit të transferimit të rrymës së emituesit α (ose baza β). Mund të tregohet se:
Kjo është një sasi komplekse. Karakterizohet nga moduli α(ω) dhe faza φ α:
Nga formula shihet se me rritjen e ω α - zvogëlohet, d.m.th. me rritjen e ω, rritet procesi i rikombinimit të bartësit në bazë.
Karakteristikat e frekuencës së transistorit përmirësohen me zvogëlimin e trashësisë së bazës w dhe me një rritje të koeficientit të difuzionit D transportuesit e tarifave të vogla:
Në të njëjtën kohë, duhet të merret parasysh se me një ulje të trashësisë së bazës, rezistenca e vëllimit të saj rritet, dhe kjo është e keqe.
Sa më i madh të jetë lëvizshmëria e transportuesve të ngarkesës, aq më të larta janë vetitë e frekuencës së transistorëve.
Kjo është arsyeja pse p-r-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 më pak lëvizshmëri 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 një faktor √2 (3dB) në krahasim me vlerën e tij në një frekuencë të ulët quhet frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit dhe shënohet 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 një trashësi bazë të ndryshme, do të kenë të ndryshme f α .
Mund të tregohet se frekuenca e ndërprerjes në qarkun OB është e barabartë me:
Për të marrë frekuenca të larta, për shembull, për germanium Ge f α Kërkohet =100 MHz w < 4 μm.
Frekuencat e ndërprerjes janë të lidhura me kapacitetin e difuzionit të emetuesit C ed raport:
Për llogaritjet inxhinierike, mund të përdorni formulën:
Nga këtu, karakteristikat e amplitudës dhe frekuencës së fazës së koeficientit të transmetimit duken si në figurë (vija e ngurtë tregon varësitë reale të llogaritura duke përdorur formula më të sakta, vija e ndërprerë tregon ato të llogaritura):
raporti bazë i transferimit të rrymës (β) në një qark me emetues të përbashkët varet nga frekuenca më fort se α në një skemë bazë të përbashkët.
Kjo nuk është për shkak të uljes së α, por rritjes së φ α. Në frekuenca të ulëta, rryma Unë TE Dhe Unë E janë në fazë:
Në frekuenca të larta, rryma Unë TE fillon të mbetet prapa Unë E dhe ulje në vlerë absolute, a Unë 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 qarkun me OE është afërsisht (1 + β 0) - herë më e vogël se frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës së emetuesit në qarkun 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 kufi * fitimi i fuqisë në të cilën k p =1;
ku f α - në Hz; r" b NGA te - (ps).
Në përcaktimin e frekuencës maksimale të gjenerimit, konstanta kohore e qarkut të reagimit fillon të luajë një rol të rëndësishëm r" b NGA te .
Për rritje f maksimumi duhet të rritet f α dhe zvogëloni r" b NGA te .
3. frekuencë kufizuese f α Koeficienti i transferimit të rrymës në një qark me një bazë të përbashkët, mbi të cilën α \u003d 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 me një emetues të përbashkët, në të cilin β = 0,7 β 0:
Zgjidhni f α ≥(3÷ 4) f mustaqet e sipërme
Kur zgjidhni llojin e tranzistorit për një amplifikues me brez të gjerë, merrni parasysh sa vijon:
1. Transistori duhet të jetë mjaft i madh f α , gjë që redukton shtrembërimin e frekuencës së fazës së amplifikatorit. Zakonisht f α ≥ (3 ÷4) f në , ku f në është frekuenca e sipërme e specifikuar e gjerësisë së brezit të amplifikatorit.
2. Transistori duhet të jetë sa më i madh f β , gjë që rrit fitimin e skenës. Në këtë rast, është e dëshirueshme që të ketë përhapjen më të vogël të mundshme në këtë parametër.
Se. një tranzistor për të punuar në frekuenca të larta duhet të ketë një trashësi të vogël bazë (w), rezistencë e ulët e vëllimit të bazës (r" b ) dhe kapacitet të vogël NGA te . Këto kërkesa janë kontradiktore, sepse:
zvogëlohet w shkakton rritje r" b ;
zvogëlohet G" b shkakton rritje NGA te (për shkak se përqendrimi i papastërtive në bazë rritet) dhe zvogëlon tensionin e prishjes së kolektorit U te mostrat .
Në këtë drejtim, frekuencat kufizuese të transistorëve pa lëvizje janë relativisht të ulëta.
Me rritjen e frekuencës, vetitë amplifikuese të tranzistorit përkeqësohen. Kjo ndodh kryesisht për dy arsye. Arsyeja e parë është inercia e procesit të difuzionit, e cila shkakton lëvizjen e vrimave përmes bazës 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 tërthore, 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 vrimave në kryqëzimin e emetuesit arrijnë me vonesë në kryqëzimin e kolektorit dhe zvogëlohen në amplitudë. Në frekuencë të lartë, amplituda e rrymës së kolektorit zvogëlohet dhe ajo mbetet në fazë me rrymën e emetuesit (Fig. 4.18). Rrjedhimisht, me një rritje të frekuencës së lëkundjeve, vetitë amplifikuese të tranzistorit përkeqësohen.
Rënia e vetive amplifikuese të tranzistorit me rritjen e frekuencës 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 (në kohë) në krahasim me vlerën e tij me frekuencë të ulët quhet frekuencë 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 (në kohë), krahasuar 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 rënie në kohë.
Nga ky shembull, mund të shihet se vetitë e frekuencës së tranzistorit në qarkun OE janë më të këqija. Frekuenca kufizuese në qarkun me OE është afërsisht një herë më e ulët se në qarkun me OB.
Gjatë llogaritjes së qarqeve, frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës në qark me OE () përdoret shpesh si parametër, në të cilin moduli i koeficientit të transferimit të rrymës bazë bëhet i barabartë me një (Fig. 4.19, b). Frekuenca është më e lehtë për t'u matur sesa frekuenca e ndërprerjes. Prandaj, në librat e referencës, zakonisht jepet vlera. Ekziston një marrëdhënie midis frekuencës së ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës në qark me OE () dhe frekuencës përkatëse të ndërprerjes:
Gif align=right>Vonesa e rrymës së kolektorit në raport me emetuesin në frekuencë të lartë ilustrohet nga diagrami vektor 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 amplifikuese të tranzistorit me frekuencë në rritje është kapaciteti pengues i kryqëzimit të kolektorit.
Në qarkun ekuivalent të fazës së amplifikatorit 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 kapacitetit është i dukshëm kur rezistenca e tij bëhet më e vogël se ajo e shuntuar, d.m.th.
Nëse pranohet = 0, atëherë vetitë e frekuencës së qarkut kolektor të vetë transistorit 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 Ck; - një parametër i tranzistorit, i quajtur 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 oshilator është një përforcues me reagime pozitive të mbyllura, kur një sinjal nga dalja e vetë amplifikatorit aplikohet 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 transistori është në gjendje të gjenerojë në qarkun e oshilatorit .
Prandaj, një nga arsyet kryesore për kufizimin e kufirit të sipërm të frekuencës së funksionimit të transistorëve është prania e një kapaciteti difuzioni të kryqëzimit të emetuesit dhe, si rezultat, inercia e procesit të difuzionit në bazë. Është e qartë se transistorët me fuqi të ulët me një kryqëzim emetues të pikës dhe një bazë të hollë kanë frekuenca më të larta se tranzistorët e fuqishëm të kryqëzimit 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 që transportuesit e pakicës të injektuar në bazë të lëvizin më shpejt drejt kryqëzimit të kolektorit. Për ta bërë këtë, baza e disa tranzistorëve është e dopuar në mënyrë të pabarabartë: më e fortë në kryqëzimin e emetuesit dhe më e dobët në kolektor. Në prerje
Në fund të fundit, përqendrimi i shumicës së bartësve rritet në kryqëzimin e emetuesit dhe zvogëlohet në kryqëzimin e kolektorit.
Kur vendoset një gjendje ekuilibri brenda bazës, disa nga bartësit e shumicës shpërndahen nga kryqëzimi i emetuesit në kryqëzimin e kolektorit. Jonet e papastërtive të pakompensuara mbeten pranë kryqëzimit të emetuesit dhe një tepricë e shumicës së bartësve formohet pranë kryqëzimit të kolektorit. Në bazë shfaqet një fushë elektrike difuzioni, e cila për 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 të cilit dopohet në mënyrë uniforme. Vetitë e frekuencës së transistorëve drift janë shumë më të mira.
