Transistore alta frequenza

1) Circuito equivalente a p-ibrido :

Si tratta di un modello per il transistore che si utilizza prettamente in alta frequenza ma che si riduce al modello a parametri ibridi nel caso di basse frequenze. In realtà anche il modello a parametri ibridi può essere utilizzato in alta frequenza ma per far ciò si deve prevedere una dipendenza dalla frequenza delle resistenze coinvolte.

Il circuito è costituito da :

a)       una resistenza r_bb´ @ 100W tra un punto interno alla base B´ ed il morsetto di base B

b)       una resistenza r_b´c @ 4 MW tra un punto interno alla base B´ ed il morsetto di collettore C  , essa è associata all´effetto Early che varia lo spessore della base e con essa I_E e quindi I_C .

c)       una resistenza r_b´e @  1KW tra un punto interno alla base B´ ed il morsetto di emettitore E , essa è associata al fatto che la aumento dei portatori minoritari della base si traduce in un aumento della corrente di ricombinazione nella stessa.

d)       una resistenza r_ce @ 100KW  tra  il morsetto di emettitore ed il morsetto di collettore

e)       un generatore di corrente di valore g_mV_b´e   posto tra il collettore e l´emettitore che per piccole variazioni della v_b´e rappresenta la proporzionalità tra la corrente di portatori minoritari iniettata nella base (…e con essa la I_C ) e la v_b´e .

Si differenzia dal modello di Giacoletto solamente per la assenza delle capacità introdotte dal transistor.

 

2) Modello di Giacoletto :

In aggiunta al modello a p-ibrido si ha una capacità C_E tra un punto interno alla base B´ e il morsetto di emettitore E , tale giunzione è in genere polarizzata direttamente pertanto si tratta di una capacità di diffusione. Si ha inoltre una capacità C_C tra un punto interno alla base B´ ed il morsetto di collettore C , tale giunzione è in genere polarizzata inversamente pertanto si tratta di una capacità di transizione.

 

3) Valore della transconduttanza g_m per il modello di Giacoletto :

si vede dunque l´insolita relazione secondo la quale una grandezza differenziale è data dal rapporto di due grandezze continue quali la I_c e la V_T ossia la tensione che vale 26mV a temperatura ambiente.

 

4) Valore della resistenza r_b´e per il modello di Giacoletto :  

 

5) Valore della resistenza r_bb´ per il modello di Giacoletto :

rappresenta la difficoltà che i portatori incontrano ad entrare trasversalmente nella base, essa diviene rilevante in alta frequenza per i due seguenti motivi :

a)       aumentando la velocità di ripetizione del segnale, affinchè i portatori giungano sul collettore prima che arrivi la semionda negativa occorre ridurre il tempo di volo, ad esempio riducendo la ampiezza della base.

b)       è una resistenza che si vede tutto il resto del modello in parallelo, quando si sale con la frequenza C_E diviene un corto circuito pertanto è solo questa resistenza a limitare la corrente.

Si osservi che essendo r_bb´ << r_b´e questa formula è molto imprecisa ed inoltre si può scrivere .

 

6) Guadagno in corrente di corto circuito per il modello di Giacoletto :

Nel circuito a p-ibrido chiuso in corto circuito vengono trascurate le resistenze r_b´c ed r_ce mentre il condensatore C_C si viene a trovare in parallelo a C_E si ha  da cui dividendo per g_b´e ed essendo   si ottiene     dove   è la frequenza di taglio superiore del circuito, infatti per f = f_b si ha che il modulo della amplificazione di corrente diviene 0,707 volte la amplificazione di corrente massima h_fe che si ha alle basse frequenze.

Si osserva che il prodotto banda*guadagno   è pari ad una costante che non dipende dal montaggio per cui anche  sarà pari alla stessa costante, varrà in definitiva la relazione  che essendo a @1  e b @100 implica che  .

 

7) Frequenza di transizione f_T :

Si tratta della frequenza per la quale la amplificazione di corrente di corto circuito a emettitore comune, raggiunge il valore unitario, essa vale  e pertanto una volta che sia stato fissato il punto di lavoro risulta essere una quantità costante e dalla prima uguaglianza si vede che essa è pari al prodotto della larghezza di banda per la amplificazione e mostra il noto concetto secondo il quale se in un amplificatore aumenta la larghezza di banda, conseguentemente diminuisce la amplificazione e viceversa. La frequenza f_T varia con la corrente di collettore I_C passando a temperatura ambiente da 150Mhz  a 300Mhz .