12.6 : Odpowiedź na częstotliwość tranzystora BJT

Charakterystyka częstotliwościowa tranzystora bipolarnego (BJT) w konfiguracji ze wspólnym emiterem ma kluczowe znaczenie dla jego funkcjonalności, szczególnie w zastosowaniach obejmujących wzmacnianie sygnałów prądu przemiennego (AC). Odpowiedź tę można analizować za pomocą obwodów zastępczych niskiej i wysokiej częstotliwości, biorąc pod uwagę różne parametry wewnętrzne i warunki zewnętrzne.

Odpowiedź dla niskiej częstotliwości: Przy niskich częstotliwościach zachowanie BJT jest określone przez jego punkt polaryzacji DC, który jest ustalany przez napięcie podstawy emitera, prąd bazy i prąd kolektora. Linię obciążenia, która ma wpływ na pracę wzmacniacza, wyznacza się także przyłożonym napięciem i rezystancją obciążenia. W tym zakresie, gdy na napięcie wejściowe zostanie nałożony niewielki sygnał prądu przemiennego, prąd bazowy zmienia się w czasie, co prowadzi do odpowiednich zmian prądu wyjściowego. Do parametrów krytycznych obwodu zastępczego niskiej częstotliwości należą rezystancje i transkonduktancja — ta ostatnia opisuje zależność między zmianami prądu kolektora (IC) a napięciem podstawy emitera (VEB).

Odpowiedź na wysoką częstotliwość: Wraz ze wzrostem częstotliwości sygnału wejściowego, obwód zastępczy BJT musi uwzględniać dodatkowe elementy, takie jak pojemności wyczerpywania i dyfuzji na złączu emiter-baza oraz pojemność wyczerpywania na złączu kolektor-baza. Te pojemności powodują przesunięcia fazowe i straty zależne od częstotliwości, komplikując zachowanie BJT. Wysokie częstotliwości uwzględniają również efekt modulacji szerokości podstawy, co skutkuje skończoną przewodnością wyjściową.

Obwód zastępczy wysokiej częstotliwości integruje te złożoności, zapewniając kompleksowy obraz działania tranzystora przy szybkich zmianach sygnału. Ten ulepszony obwód ma kluczowe znaczenie dla dokładnego przewidywania zachowania tranzystora w zastosowaniach wymagających dużej prędkości, co czyni go podstawą projektowania praktycznych wzmacniaczy i innych urządzeń elektronicznych.