Для анализа тех или иных транзисторных устройств, кроме знания величин и S, необходимо учитывать эквивалентную схему замещения транзистора. В эквивалентной схеме замещения наиболее существенных физических процессов определённого режима работы транзистора в данном устройстве находят отражение в виде некоторых активных и пассивных элементов как, например, генератора тока, ёмкостей и активных сопротивлений.

Эквивалентная схема, как правило, не учитывает всю совокупность физических свойств транзистора, а лишь только те из них, которые являются определяющими для данного режима работы и диапазона частот. Поэтому различаются эквивалентные схемы для усилительного режима, для режима переключения, низкочастотные, высокочастотные эквивалентные схемы и т. д.

Частотные свойства транзисторов

Приведённые выше усилительные характеристики транзисторов были получены без учёта возможного влияния ёмкостей эмиттерного перехода Сэ и коллекторного перехода Ск, что вполне допустимо при усилении частот, исчисляемых килогерцами. На более высоких частотах с этими ёмкостями приходится считаться, так как их реактивное сопротивление становится соизмеримым с активными сопротивлениями соответствующих переходов. Влияние ёмкостей переходов проявляется в уменьшении входного и выходного сопротивления, что сказывается на усилительных свойствах транзисторов. Чем выше становится частота сигнала, тем меньшим усилением обладает транзистор. Наконец, на некоторых частотах выше определённого предела, свойственного каждому типу транзисторов, усилительные свойства полностью исчерпываются. Это значит, что, начиная с некоторой частоты, усиление транзистора по мощности становится меньше единицы.

Наблюдаемое ухудшение усилительных свойств транзисторов по мере увеличения частоты сигнала физически связано со средним временем перемещения носителей электрических зарядов в базе в направлении от эмиттера к коллектору. В свою очередь, это время определяется средней скоростью и направлением движения носителей, а также толщиной базы.

Чем тоньше базы, те меньше расстояние предстоит пройти носителям, тем лучше частотные свойства транзистора. Например, предельная частота усиления по току fа изменяется обратно пропорционально квадрату толщины базы. Это значит, что уменьшение толщины базы, например, в 2 раза приводит к увеличению предельной частоты в 4 раза.

Средняя скорость движения носителей зависит от знака заряда и температуры кристалла прибора, а направлённость движения определяется электрическим полем, действующим в базе. Средняя скорость движения электронов в 2 раза выше, чем дырок. В связи с этим считается, что при прочих равных условиях транзисторы типа n – p – n должны иметь предельные частоты вдвое выше, чем p – n – p, поскольку неосновными носителями заряда в первом случае являются электроны, а во втором – дырки, имея при этом в виду область базы.

В плоскостных транзисторах, полученных сплавным методом, поле внутри базы практически отсутствует, а поэтому носители заряда распространяются в базе только за счёт диффузии, то есть самопроизвольно и ненаправленно.

Если внутри базы создать электрическое поле, ускоряющие движение носителей от эмиттера к коллектору, то тогда эти носители будут иметь дополнительную составляющую скорости в этом направлении, которая называется дрейфовой составляющей. Последние обстоятельство приведёт к уменьшению времени переноса зарядов, что улучшит частотные свойства транзистора. Такое поле можно создать, например, за счёт неравномерного распределения примесей в базе (максимальная у эмиттера, минимальная у коллектора), что обычно и делается на практике.

Направленное движение электрических зарядов в электрическом поле называется дрейфом, поэтому транзисторы, в базе которых создаётся ускоряющее поле, называются дрейфовыми. В свою очередь, транзисторы, в базе которых отсутствует такое поле, называются бездрейфовыми.

Таким образом, для улучшения частотных свойств транзистора необходимо уменьшить толщину базы и создавать ускоряющее электрическое поле в базе. Сплавные транзисторы, как правило, имеют граничные частоты не выше 20-30 МГц, так как сам метод их изготовления не позволяет получить очень тонкую базу и необходимое распределение примесей в базе.

Диффузионный метод позволяет получать базовый слой толщиной в несколько микрон и требуемое изменение концентраций примесей в базе, что даёт возможность создавать транзисторы, работающие на высоких частотах, измеряемых сотнями мегагерц. Обычно такие транзисторы называются дрейфовыми или диффузионными в зависимости от того, что необходимо подчеркнуть: характер переноса носителей заряда или метод изготовления транзистора.

Максимальной частотной генерации fмакс называется частота, на которой коэффициент усиления по мощности транзистора в схеме с общей базой равен единице, то есть .

Относительная частота f/fмакс

40 10000

30 1000

20 100

10 10

0 1

1,0