В схеме с общей базой

Частотная характеристика в схеме с общей базой это зависимость дифференциального (малосигнального) коэффициента передачи тока эмиттера от частоты входного тока синусоидальной формы. Она снимается в режиме малого сигнала. Частотная характеристика отражает инерционные свойства транзистора. Эти свойства равнозначно можно определить с помощью переходной характеристики, т.е. реакции тока коллектора на скачок тока эмиттера. Соотношение между постоянной времени переходного процесса t и предельной частотой f_пр выглядит следующим образом

f_пр = 1/2pt.

Переходной процесс даёт физически более ясную интерпретацию инерционных свойств транзистора. Поэтому частотная характеристика будет объяснена на основе анализа переходного процесса.

Постоянная времени переходного процесса равна сумме постоянных времени перезарядки барьерной ёмкости эмиттерного перехода t_э = C_эбR_диф, пролёта дырок t_пр, постоянной времени перезарядки барьерной ёмкости коллекторного перехода t_к = C_кб(R_к + R_б + R_н)

t = t_пр + t_э + t_к.

Здесь C_эб– барьерная ёмкость прехода эмиттер-база в рабочей точке, R_диф – дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода в рабочей точке, C_кб – барьерная ёмкость коллекторного перехода в рабочей точке, R_к – сопротивление тела коллектора, R_б – сопротивление базы для протекания тока базы, R_н – сопротивление нагрузки, включенной в цепь коллектора. Сопротивление нагрузки не относится к структуре транзистора, однако реально присутствует в большинстве схем с транзисторами.

В схеме с общей базой транзистор управляется током эмиттера. Поэтому зададим приращение тока эмиттера относительно постоянного тока в рабочей точке.

При скачке тока эмиттера происходит заряд барьерной ёмкости эмиттера с постоянной времени определяемой дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода. Поэтому на инжекцию приходится лишь часть тока эмиттера. По мере заряда ёмкости инжекционная компонента растёт. После заряда ёмкости инжекционная компонента тока становится основной частью тока эмиттера. Поскольку ток коллектора в транзисторе практически равен инжекционной компоненте тока эмиттера, то заряд ёмкости эмиттерного перехода вызывает переходной процесс в токе коллектора. Аналогично влияет перезарядка ёмкости коллекторного перехода через сопротивление нагрузки тела коллектора и сопротивления базы. Часть экстрагированных из базы дырок идёт на компенсацию зарядов ионизированных акцепторов в коллекторе, что замедляет рост тока коллектора во внешней цепи.

Рассмотрим влияние пролётных явлений на переходной процесс в транзисторе. Приращение тока эмиттера в рабочей точке DI_э (рис..) вызывает дополнительную инжекцию дырок в базу. Она в свою очередь вызывает введение электронов в базу из металлического контакта базы. Поэтому пока дырки в процессе диффузии не достигли коллекторного перехода, ток эмиттера замыкается через вывод базы. Ток коллектора равен нулю (точнее его управляемая дырочная компонента). Если бы все дырки проходили базу за одно и тоже время, то в момент достижения дырками коллекторного перехода ток коллектора возрастал бы скачком, а ток базы скачком уменьшался до нуля. Однако дырки распределяются по времени пролёта. Есть "быстрые" и "медленные" дырки. Разброс времён пролёта определяет фронт нарастания коллекторного тока.

Время, за которое ток коллектора нарастает до 0,63 от своего стационарного значения равно времени пролёта базы t_пр = W_b²/2D_p. Ток базы убывает с таким же фронтом. Если бы не было рекомбинации и инжекции электронов в эмиттер, то ток базы должен был бы уменьшиться до нуля. Однако он снижается до величины, обеспечивающей восполнение потерь электронов в базе.

t_пр

Таким образом, длительность фронта коллекторного тока определяется временем перезарядки барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов и временем пролёта дырок. В большинстве практических случаев наибольший вклад в постоянную времени переходного процесса вносит перезарядка коллекторной ёмкости через сопротивление нагрузки.

Подадим в цепь эмиттера наряду с постоянным током, задающим рабочую точку (режим по постоянному току), небольшой переменный ток в форме меандра рис... Если полупериод меандра больше постоянной времени нарастания коллекторного тока, то за время положительного полупериода коллекторный ток успеет вырасти до стационарного значения, равного установившемуся току при бесконечной по длительности ступеньке эмиттерного тока. При увеличении частоты меандра, когда длительность полупериода станет соизмеримой с постоянной времени (рис.., пунктир), ток коллектора не будет успевать достигать стационарного значения. Амплитуда его приращения с ростом частоты меандра будет уменьшается. Малосигнальный коэффициент передачи тока эмиттера a_м равен отношению приращений тока коллектора к току эмиттера

Приращение тока эмиттера (амплитуда меандра) поддерживается с ростом частоты постоянной, а приращение тока коллектора падает. Поэтому с ростом частоты малосигнальный коэффициент передачи уменьшается (рис….). Если заменить форму переменного тока эмиттера на синусоидальную, которой пользуются при определении частотных характеристик, то принципиально физика процесса не изменится. Модуль коэффициента передачи тока эмиттера в схеме с общей базой уменьшается с ростом частоты (рис...). Частота, на которой коэффициент передачи h_21б уменьшается в Ö2 раз называется предельной.

Наличие фронта приращения коллекторного тока говорит о сдвиге по фазе между эмиттерным и коллекторным током. Моменты достижения амплитудного значения у DI_э и DI_к различны. Поэтому коэффициент передачи при синусоидальной форме эмиттерного тока является комплексной величиной, поскольку имеется сдвиг по фазе между током эмиттера и коллектора. Зависимость модуля коэффициента передачи от частоты представляется следующим аналитическим выражением