С общим эмиттером

Частотная характеристика в схеме с общим эмиттером это зависимость дифференциального (малосигнального) коэффициента передачи тока базы b_м 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 базы. 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 может быть представлена в виде суммы трёх постоянных времени

t = t_э^* + t_к^* + t_p,

где t_э^* = R_бдифC_э - время перезарядки барьерной ёмкости эмиттерного перехода, t_к^* = (R_н + R_к + R_б) C_к ^*, t_р – время жизни дырок в базе. Здесь R_бдиф – дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер в рабочей точке, C_э – барьерная ёмкость перехода база-эмиттер, R_н – сопротивление нагрузки в коллекторной цепи транзистора, R_к – сопротивление тела коллектора, R_б – сопротивление базы, C_к ^* = bС_кб. Рассмотрим реакцию приращения тока коллектора в рабочей точке при приращении тока базы в рабочей точке (рис…). Длительность фронта приращения тока определяется перезарядкой барьерных емкостей и временем t_р, когда заряд электронов и дырок в базе увеличится до уровня, когда скорость поступления электронов в базу будет равна скорости их ухода. Причём основной вклад в постоянную времени даёт перезарядка барьерной ёмкости коллекторного перехода C_к^* через сопротивление нагрузки. Это объясняется тем, что в цепи базы имеется управляющий источник тока. Он обладает сопротивлением много большим дифференциального сопротивления перехода база-эмиттер. Поэтому барьерная ёмкость коллекторного перехода перезаряжается по цепи источник питания E_к, R_н, переход база эмиттер. Но как только ток начинает протекать через переход база-эмиттер, это вызывает протекание в b раз большего тока в цепи коллектора. Ток в этой цепи не может быть больше E_к/R_н. Поэтому ёмкость коллектора перезаряжается в b раз меньшим током, чем в схеме с общей базой, где источник тока управления находится в эмиттере и перезарядка этой ёмкости не может идти через переход база-эмиттер.

Заменим бесконечную ступеньку приращения тока базы на переменное напряжение в виде меандра. Рассмотрим, каким образом будет изменяться малосигнальный коэффициент передачи b_м = DI_к/DI_б при увеличении частоты меандра. На низкой частоте, когда длительность полупериода меандра много больше t, приращение тока коллектора достигает стационарного значения, равного значению при бесконечной ступеньке приращения тока базы. В отрицательный полупериод меандра происходит аналогичный процесс уменьшения тока коллектора. С ростом частоты, когда длительность полупериода становится сравнимой с t, амплитуда приращения тока коллектора уменьшается, так как переходной процесс не успевает завершиться. Поскольку амплитуда приращения тока базы поддерживается неизменной (в схеме с общим эмиттером транзистор управляется током базы), то коэффициент передачи тока на малом сигнале уменьшается с ростом частоты.

Замена меандра на синусоидальную форму тока, которую используют для измерения коэффициента передачи h_21э при представлении транзистора четырёхполюсником, принципиально ничего не меняет. С ростом частоты тока базы h_21э уменьшается (рис…). Для сравнения на этом же рисунке приведена частотная характеристика схемы с общей базой. Частота f_пр, на которой коэффициент h_21э уменьшается в корень из двух раз, по сравнению со значением на низкой частоте, называется предельной. Эта частота намного (примерно в b раз меньше), чем в схеме с общей базой. Однако на предельной частоте коэффициент передачи остаётся намного большим единицы. Частота f_гр, на которой коэффициент передачи в схеме с общим эмиттером h_21э становится равным 1, называется граничной. Это частота, до которой в схеме с общим эмиттером транзистор можно использовать для усиления и генерации сигналов.