Основні параметри транзисторів і їхня залежність від частоти режиму
При розрахунку високочастотних схем радіоприймальних пристроїв найбільш зручною є система У-параметрів. У системі У-параметрів для малих амплітуд перемінних напруг у схемі з загальним емітером рівняння струмів (рис. 1.9) записуються у вигляді (рис. 1.10)
(1.10)
де Іб, Ік – відповідно амплітуди струмів бази і колектора;
Uб, Uк – відповідно амплітуди напруг бази–емітера і колектор–емітер (рисунку 1.10).
Рисунок 1.9. Схема включення транзистора з загальним емітером
Рисунок 1.10. П- подібна еквівалентна схема транзистора в системі Y–параметрів, справедлива для області низьких частот
Рисунок 1.11. Сімейство вхідних статичних характеристик
На досить низьких частотах (до 20 кГц) усі провідності транзисторів активні і практично не залежать від частоти. Їхні величини легко виміряти чи знайти за сімействами статичних характеристик.
На рисунку 1.11 зображено сімейство вхідних характеристик, що показують залежність струму бази ІБ від напруги бази UБЕ відносно емітера при фіксованих значеннях напруги
На рисунку 1.12 зображено сімейство вихідних статичних характеристик, що показують залежність струму колектора Ік від напруги колектора відносно емітера при фіксованих значеннях напруги бази UКЕ. За допомогою характеристик легко розкривається фізичний зміст Y–параметрів і визначаються їхні значення для області низьких частот (одиниці кілогерц):
(1.11)
При розрахунку, виготовленні і налагодженні схем необхідно враховувати розкид параметрів застосовуваних транзисторів.
Рисунок 1.12. Сімейство вихідних статичних характеристик.
Найбільшим є розкид струму колектора при фіксованому зсуві на базі. Відхилення струму в окремих екземплярах може досягати декількох сотень відсотків. Розкид по струму бази також може скласти сотні відсотків. Розкид крутості характеристики складає не більш 10+20%, а розкид колекторних ємностей також не перевищує десятків відсотка. Розкид gдосягає 100 і більш відсотків, а розкид gi і gзвор хоча і великий, на роботу впливає мало, і їм можна знехтувати. Розкид параметрів знижує точність розрахунків і утрудняє підбор транзисторів, однак правильний вибір схемних рішень дозволяє успішно боротися з цим недоліком.
Для області низьких частот еквівалентна схема транзистора в системі Y–параметрів представлена на рис. 1.10.
Наведена на рис. 1.10 еквівалентна схема транзистора, хоча проста і дуже зручна для висновку розрахункових формул і користування ними, однак носить формальний характер і не відбиває фізичні процеси, що відбуваються в транзисторі.
На рис. 1.13 наведена так звана мало сигнальна “фізична” еквівалентна схема дифузійного транзистора, придатна і для дрейфових транзисторів. Вона враховує всі основні фізичні процеси, що відбуваються в транзисторі, справедлива в широкому діапазоні його робочих частот і зручна для розрахунку каскадів із транзистором, включеним за схемою з загальним емітером.
Рисунок 1.13. П- образна фізична еквівалентна схема дифузійного транзистора.
На схемі рис. 1.13 позначені:
rб – розподілений активний опір бази, що характеризує об’ємний опір, що діє між активною частиною базової області транзистора і виводом бази (експериментально визначається виміром на високій частоті, тому його часто називають високочастотним опором бази); паралельно з'єднані провідність gеб і ємність Себ характеризують повний опір емітерного переходу транзистора;
gбк— провідність зворотного зв'язку транзистора;
Ск — ємність колекторного переходу, тобто ємність між базою і колектором (елементи gбк і Ск визначають властивий транзисторові зворотний зв'язок);
gек – характеризує вихідну провідність транзистора;
— постійна часу входу транзистора (один з найважливіших параметрів, що фізично представляє собою постійну часу ланцюга, утворений розподіленим опором бази rб, провідностями gеб і gбк, а також статичними ємностями переходів і дифузійною ємністю).
Параметр може бути представлений формулою (рис. 1.13)
(1.12)
або
(1.13)
де fc – гранична частота по крутизні S
У схемі з загальним емітером при використанні Y–параметрів розрізняють:
а) низькочастотні параметри : – провідність зворотного зв'язку, S0-крутизна характеристики, f – внутрішня провідність, g – вхідна провідність;
б) високочастотні параметри: Ск– ємність колектор-база, rб – розподілений опір бази, вимірюваний на високій частоті, 
– постійна часу входу.
Величини параметрів транзисторів є практично лінійними функціями струму колектора, тому значення деяких з цих параметрів, вимірювані при одному струмі колектора Ік1, можуть бути легко перелічені для іншого струму Ік2 за допомогою наближених формул:
, (1.14)
, (1.15)
, (1.16)
(1.17)
.
Параметри rб, gзвор, Ск від струму колектора залежать слабко, і цю залежність можна не враховувати. Параметр Ск дифузійного транзистора залежить від прикладеного до колектора напруги по формулі
(1.18)
Інші параметри від напруги колектора залежать слабо.
Робочі частоти підсилювачів високої і проміжної частоти, перетворювачів частоти і гетеродинів приймачів знаходяться в межах від сотень кілогерців до десятків і іноді сотень мегагерц, тому в них доцільно використовувати тільки високочастотні транзистори (ГТ308; ГТ309Г; ГТЗІЗ і ін ).
При роботі на високих частотах Y–параметри є функціями частоти і складаються з активної і реактивної складових, котрі для робочої частоти можна визначити за формулами, наведеними у табл. 1.4.
Однак обчислення параметрів за цими формулами є досить складними і трудомісткими, у зв'язку з чим виникла необхідність у попередній оцінці високочастотних параметрів і можливості застосування транзистора для роботи на заданій робочій частоті.
У формулах (1.11) – (1.19) залежним від частоти є тільки загальний коефіцієнт 
, де f0 – робоча частота. Тому залежність параметрів транзистора від величини коефіцієнта v буде характеризувати їхня залежність від частоти. На графіках рисунку 1.14 наведена залежність параметрів транзисторів П13, П402 і П411 від коефіцієнта v , а на рисунку 1.15 – від частоти, розраховані по формулах (1.11) –(1.19). Розгляд цих формул і аналіз графіків рис. 1.14 позує, що, незважаючи на велику різницю граничних частот цих транзисторів (ПІ3 – 0,5 Мгц; П402 – 60 МГц; П411 – 400 МГц), графіки мають аналогічний характер і дозволяють зробити їхній спільний аналіз, тоді як наведені на рис. 1.14 залежності цих параметрів від частоти не є досить наочними для їхнього порівняльного аналізу.
Аналіз графіків рис. 1.14 дозволяє виділити три характерні області.
Рис. 1.14. Залежність параметрів транзисторів від коефіцієнта v, a) S, Cвх , gвх; б) Свих, gвих, (Uк= –10В; Ік=5мА)
Рис. 1.15. Залежність параметрів транзисторів від частоти: a) S, Cвх , gвх; б) Свих, gвих, (Uк= –10В; Ік=5мА)
Перша область
У цій області v 0,3 і параметри S, Свх Свих від частоти практично не залежать, а gвх, gвих залежать дуже слабо. При цьому всі параметри мають найкращі значення для їхнього використання у високочастотних трактах радіоприймальних пристроїв (рис. 1.14, область І).
Друга область
У цій області 0,3 < v <3,2 і всі параметри сильно залежать від частоти (рисунку 1.14, область II).
Третя область
У цій області v 3,2 і всі параметри транзисторів також практично слабо залежать від частоти, однак вони мають найгірші значення, і використання транзисторів для роботи в цій області небажано (рис. 1.14, область III)
З наведених міркувань видно, що коефіцієнт 
, який можна назвати коефіцієнтом частотного використання транзистора, цілком характеризує залежність параметрів транзистора від частоти. Виходячи з заданого діапазону частот, необхідно для високочастотного тракту проектованого приймача вибирати транзистори з таким значенням , при якому для заданого діапазону частот v 0,3. При відсутності придатних транзисторів припустима робота при 0,3 v 3,2, однак необхідно прагнути, щоб на самій верхній частоті діапазону v було як найменше. Робота при v 3,2 не має практичного змісту. З придатної для практичних розрахунків точністю частотні межі застосовності обраних транзисторів можна визначити по номограмі рисунку 1.16, де по вертикальній осі відкладена в логарифмічному масштабі постійна часу входу транзистора, а на горизонтальної осі – робоча частота f0. Для всіх значень і f0, точка перетинання яких знаходиться зліва від лінії =0,3 (рисунку 1.15 область І), v < 0,3. Для значень, точки перетинання яких знаходяться між лініями =0,3 і =3,2 (рис. 1.16, область II), 0,3< v <3,2, а для значень, точки перетинання яких знаходяться справа від лінії =3,2 (рис. 1.15, область Ш), v >3,2.
Якщо точки перетинання ліній постійної часу входу транзистора і його робочої частоти f0 будуть розташовані в області І (рисунку 1.16), то транзистори на цих частотах мають найкращі високочастотні параметри, практично не залежні від частоти й визначені за спрощеними формулами (дивитися таблицю 1.4, v <0,3). При цьому проектування і розрахунок значно спрощуються.
Якщо точки перетинання будуть розташовані в області II, то високочастотні параметри значно залежать від частоти і можуть бути визначені за повними формулами (1.11) – (1.19) табл. 1.4 (0,3 < v < 3,2) чи за графіками рисунок 1.14 і 1.15.
Якщо точки перетинання розташовані в області ІІІ (рисунок 1.16), то обрані транзистори не придатні для їхнього використання в приймачах на даній робочій частоті.
Рисунок 1.16. Номограма для вибору транзисторів.