Переходные и частотные характеристики
БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Инерционность транзистора при быстрых изменениях входного тока обусловлена процессами накопления и рассасывания избыточного заряда неосновных носителей в базе. Продолжительность указанных процессов определяет частотные характеристики и зависит от варианта включения БТ (с общей базой или с общим эмиттером).
Вклад барьерной емкости эмиттерного перехода в инерционность транзистора сказывается лишь в микротоковом режиме и его несложно оценить. Влияние коллекторной барьерной емкости будем учитывать при рассмотрении конкретных схем усилительных каскадов.
Процессы в базе при включении ОБ
Для транзистора, включенного по схеме ОБ, при нулевом эмиттерном токе в коллекторе протекает незначительный ток термогенерации, которым можно пренебречь (рис. 2.5,а). Если в некоторый момент времени задать скачком ток эмиттера Iэ, то инжектированные электроны с наибольшей скоростью диффузии, распространяясь в глубь базы, через время задержки tз начнут достигать коллектора. Носители, попавшие в базу одновременно, из-за существенного разброса скоростей доходят до коллектора за разное время. В результате коллекторный ток нарастает по экспоненциальному закону за время (с длительностью фронта) tф.
В интервале tз, когда еще нет коллекторного тока, ток базы равен току эмиттера. Затем, по мере нарастания коллекторного тока, ток базы уменьшается до установившегося значения (1–a)Iэ. Получается ха-рактерный выброс (импульс) базового тока, причем его амплитуда только в случае бесконечно крутого перепада входного тока iэ.
А
б
Рис. 2.5
При постоянном заданном токе эмиттера функцию iк(t) удобно записать в виде
iк(t) = a(t)Iэ ,
где – переходная характеристика коэффициента передачи тока
с установившимся низкочастотным значением a. Соответствующую постоянную времени переходного процесса в схеме ОБ обозначим , именно она определяет скорость нарастания экспоненциальной
функции
. (2.10)
Одновременно с коллекторным током нарастает избыточный заряд неосновных носителей (электронов) в базе . Если ввести понятие средней скорости диффузии неосновных носителей в базе, то с учетом ширины базы находится усредненное значение времени пролета электронов через базу tпр, причем для принятой функции постоянная времени .
Установившееся значение избыточного заряда в базе соответственно равно произведению заданного тока эмиттера на постоянную времени
. (2.11)
При реальной задержке открывания транзистора можно принять
;
.
С помощью преобразования Фурье с учетом (2.10) можно получить комплексную частотную характеристику транзистора (рис. 2.6,а)
, (2.12)
а с учетом времени задержки –
, (2.13)
где – угловая граничная частота; –
низкочастотное (установившееся) значение. Амплитудно-частотная характеристика (рис. 2.6,а) рассчитывается как модуль функции a(jw)
. (2.14)
Особенность АЧХ c учетом времени состоит в более пологом спаде при (кривая 2 на рис. 2.6).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а
|
Рис. 2.6
Фазочастотная характеристика соответственно имеет вид (кривая 1 на рис. 2.6,б)
, (2.15)
при этом . С учетом времени задержки tз имеем:
, (2.16)
когда а = –59о (кривая 2 на рис. 2.6,б).