Частотні властивості

З підвищенням частоти підсилювальні властивості транзистора знижуються. Це обумовлене двома причинами:

1. На частотні властивості транзисторів великий вплив мають ємності р-n-переходів. Зі збільшенням частоти ємнісний опір зменшується і шунтуюча дія ємностей зростає.

2. На високих частотах має місце відставання по фазі змінного струму колектора від змінного струму емітера. Це обумовлено інерційністю процесу проходження носіїв заряду через базу від эмиттерного переходу до колекторного, а також інерційністю процесів накопичення і відходження зарядів у базі.

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

Слід також зазначити, що транзистори типа n-р-nпри інших рівних умовах є більш високочастотними, ніж транзистори типу р-n-р. Те ж саме можна сказати і про схему включення транзистора зі СБ в порівнянні зі схемою зі СЕ.

Експлуатаційні параметри транзисторів

Транзистор, як і будь-який інший електронний прилад, характеризується рядом експлуатаційних параметрів, граничні значення яких указують на можливості практичного застосування того або іншого транзистора. До числа таких параметрів відносяться:

1. Максимально припустима потужність Р_Ктах;

2. Максимально припустимий струм колектора І_Кmax;

3. Максимально допустима напруга між колектором і загальним електродом транзистора (U_КЕmaxабоU_КБmax);

4. Гранична частота підсилення по струму.

Вище перераховані лише найбільш важливі експлуатаційні параметри транзисторів. У паспортах транзисторів і довідниках указується ряд інших параметрів: максимально припустимий струм бази, зворотний струм емітера, максимально припустимий імпульсний струм колектора, напруга насичення колектор-емітер, ємність колекторного переходу, максимальна температура роботи транзистора і т.д.

Власні шуми транзисторів

Струми та напруги в будь-яких електричних колах завжди здійснюють невеликі хаотичні) коливання, що називають електричними флуктуаціями. Вони обумовлені тепловим рухом електронів. З підвищенням температури флуктуації підсилюються.

Струми всіх електродів транзистора піддаються флуктуаціям. Після підсилення ці флуктуації проявляються у вигляді шуму.

Рис.60

Будь-який постійний струм не є строго постійним, а окрім постійної складової І₀ містить змінну шумову складову І_ш.

Це пояснюється тим, що внаслідок теплового руху число електронів, що проходять через поперечний переріз провідника за малі рівні проміжки часу, не постійно, а змінюється.

Теоретично й експериментально доведено, що шумовий струм являє собою суму змінних синусоїдальних складових із різними частотами від нуля до надвисоких.

Власні шуми транзисторів обмежують чутливість радіоприймачів та інших пристроїв, що служать для реєстрації, підсилення та вимірювання параметрів слабких сигналів. Якщо корисні сигнали слабкіші за власні шуми, то прийом цих сигналів досить ускладнюється або навіть унеможливлюється.

У будь-якому резисторі за рахунок електричних флуктуацій створюється деяка шумова ЕРС. Діюче значення шумової ЕРС Еш, що виникає в резисторі або в будь-якому колі з опором R, визначається формулою Найквіста:

,

де –стала Больцмана (Дж/К), Т – абсолютна температура,– ширина смуги пропускання підсилювача.

Повний шум, що виникає в транзисторі, має кілька складових:

1. Теплові шумиобумовлені тепловими флуктуаціями електронів, характерними для будь-якого резистора. Оскільки всі області транзистора мають деякий опір, то в них виникають шумові напруги. Головну роль у створенні теплових шумів грає опір бази.

2. Дробові шумивиникають із-за флуктуацій інжекції та екстракції в емітерному і колекторному переході.

3. Шуми струморозподілувикликані флуктуаціями розподілу емітерного струму між базою і колектором.

4. Рекомбінаційні шумимають своєю причиною флуктуації рекомбінації.

5. Флікер-шуми(миготливі або надлишкові) створюються за рахунок флуктуації струмів витоку в поверхневих шарах напівпровідників. Потужності або напруги шумів тим більше, ніж ширше смуга частот, у межах якої проявляється дія шумів.

Для оцінки шумових властивостей транзисторів використовують коефіцієнт шуму F:

,

де і– потужності корисного сигналу на вході і виході відповідно,і– потужності шуму на вході і виході відповідно.

.

Сучасні транзистори мають коєфіцієнт шуму приблизно від 3 до 30 дБ (у середньому 10 – 20 дБ).

Шуми транзистора залежать від:

1. значення коефіцієнта передачі струму емітера – чим менше, тим більші шуми;

2. значення опору бази і зворотного струму р-n-переходу – чим більше ці величини, тим більше шуми;

3. матеріалу напівпровідника. Кремнієві транзистори "шумлять" більше ніж германієві;

4. напруги колекторного переходу і струму емітера. Чим менше ці величини, тим менші шуми;

5. внутрішнього опору джерела коливань, які необхідно підсилити. Для того, щоб шуми були мінімальними, необхідно, щоб внутрішній опір джерела приймав деяке оптимальне значення, зазвичай декілька сотень Ом;

6. температури – підвищення температури різко збільшує шуми транзистора.

7. частоти; частотна залежність власних шумів транзистора має вигляд, наведений на рис.61

Рис.61

В діапазоні середніх частот коефіцієнт шуму F має мінімальне і приблизно постійне значення. Нижня частота f₁цього діапазону становить одиниці кілогерців. На частотах нижче f₁збільшуються флікер-шуми і за рахунок цього F зростає. Збільшення F на частотах вище f₂відбувається внаслідок зниження коефіцієнта передачі струму емітера. Частота f₂може становити сотні кілогерців і більше.