Температурні та частотні властивості транзистора.

Діапазон робочих температур транзисторів, визначаємий властивостями p-n переходів, такий самий, як і у напівпровідникових діодів. Особливо сильно на роботу транзисторів впливає нагрів и менше – охолодження. Дослідження показують, що при нагріві від 20 до 60˚ параметри площинних транзисторів змінюються наступним чином: r_к спадає приблизно вдвічі, r_Б на 15-20 %, а r_Е зростає на 15-20 %.

Уявлення про вплив нагріву на h - параметри дають графіки на рис. 10.17, побудовані для малопотужного площинного транзистора, включеного по схемі з загальною базою. Окрім зміни значення основних параметрів транзистора, нагрів викликає зміщення вихідних характеристик та зміну їх нахилу (рис. 10.18), що також порушує нормальну роботу приладу.

Особливо істотно впливає на роботу транзистора нагрів струму І _КБО. Приблизне значення струму при нагріві можна визначити з рівності:

На частотні властивості транзисторів великий вплив роблять ємності

p-n переходів. Зі збільшенням частоти ємнісний опір зменшується та шунтуюча дія ємностей зростає. Тому Т - образна еквівалентна схема транзистора на високих частотах, окрім чисто активних опорів r_е, r_Б, r_к, містить емності С_е та С_к, шунтуючі емітерний та колекторний переходи. Особливо шкідливий вплив на роботу транзистора робить ємність С _к, так як на високих частотах ємнісний опір є значно меншим, ніж опір r_К, та колекторний перехід втрачає свої основні властивості. У цьому випадку вплив ємності С_К аналогічне впливу ємності, шунтуючий p-n перехід у площинному напівпровідниковому діоді.

Другою причиною погіршення роботи транзистора на високих частотах е відставання по фазі змінного струму колектора від змінного струму емітера. Це зумовлено інерційністю процесу проходження носіїв заряду через базу від емітерного переходу до колекторного, а також інерційністю процесів накопичення та розсмоктування заряду у базі.

Час прольоту носіїв через базу τ _пр у звичайних транзисторів складає приблизно 0, 1 мкс. Звичайно, цей час дуже малий, та на частотах порядку одиниць – десятків мегагерц стає помітний деякий зсув фаз між змінними складовими струмів І_Е та І_К. Це призводить до збільшення змінного струму бази та зниження коефіцієнта підсилення по струму. Це явище ілюструється векторними діаграмами що наведені на рис. 10.19. Перша з них відповідає порівняно низькій частоті, на якій всі струми практично співпадають по фазі, а коефіцієнт β має найбільшу величину . На більш високій частоті затримка струму І_К на час τ _ПР відносно струму І_Е веде до появи помітного зсуву фаз φ між цими струмами. Зараз струм бази І_Б дорівнює не алгебраїчній, а геометричній різниці струмів І_Е та І_К, внаслідок чого він помітно збільшується. На ще більш високій частоті коефіцієнт β стає ще меншим, внаслідок збільшення кута зсуву фаз φ та струму І_Б.

Оцінюючи частотні властивості транзистора, треба враховувати також, що дифузія – процес хаотичний. Неосновні носії зарядів рухаються різними шляхами. Тому носії, що одночасно увійшли в область бази, досягають до колектора у різний час. Таким чином, закон зміни струму колектора може не відповідати закону зміни струму емітера, що призводить до викривлення пісилюємого сигналу.

Необхідно відмітити, що зі збільшенням частоти коефіцієнт β зменшується значно сильніше, ніж α. Коефіцієнт α зменшується лише внаслідок впливу ємності С_К, а на величину β впливає, крім цього, ще й зсув фаз між І_К та І_Е. Отже схема з загальною базою має кращі частотні властивості, ніж схема з загальним емітером.

Для визначення коефіцієнтів підсилення по струму на частоті f можуть бути використані формули:

де α ₀ та β ₀ – коефіцієнти підсилення по струму при частоті f=0;

f_α та f_β – граничні частоти транзистора в схемах з загальною базою та загальним емітером.

Для розширення частотного діапазону транзисторів необхідно збільшувати швидкість зміщення неосновних носіїв зарядів через базу, зменшувати товщину шару бази та колекторну ємність. При виконанні цих умов транзистори можуть успішно працювати на частотах порядку десятків та сотень мегагерц.