Overgangsfrequentie

Overgangsfrequentie, afgekort fT, is een kenmerk van halfgeleidertransistors dat de potentie van een transistor voor hoge frequentie aangeeft. Het is de frequentie waarbij de transistor in een geschikte meetconfiguratie zijn korte-circuits gain (stroomvermogensverhouding) naar één daalt, oftewel het punt waarop de signaalversterking niet langer groter dan één is. In traktaten wordt fT vaak gezien als een intrinsieke snelheid van het toestel en dient het als een belangrijke graadmeter voor de mogelijke hoge-frequentie-prestaties van een transistor.

Meet- en rekenmethoden

Bij bipolaire transistors (BJT) wordt fT vaak benaderd met de formule fT ≈ gm / [2π (Cπ + Cμ)], waarbij gm de transconductantie is, Cπ de basis-emitter capacitantie en Cμ de basis-collector (Miller) capaciteit. Bij MOSFET-transistors geldt een soortgelijke benadering: fT ≈ gm / [2π (Cgs + Cgd)], met Cgs en Cgd respectievelijk gate-source en gate-drain capacitances. Deze formules geven een indicatie van hoe de internal capacitances en de transconductantie samen de hoge-frequentie grens bepalen. In de praktijk wordt fT gemeten in een testopstelling zoals common-emitter (BJT) of common-source (MOSFET) met belasting die het korte-circuit-gain benadert.

Betekenis en toepassing

fT geeft een illustere maat voor de snelheid van een transistor en wordt veel gebruikt bij vergelijking van RF- en hoogfrequente schakelingen. Een hogere fT duidt op potentieel betere prestaties bij hoge frequenties en kleiner gewenste afmetingen. Het is echter geen garantie voor realistische bandbreedte in een complete schakeling, omdat belastingen, parasieten en feedback de bruikbare versterking bij hoge frequenties sterk kunnen beïnvloeden.

Factoren en variatie

Overgangsfrequentie varieert met bias, temperatuur en fabricageproces. Over het algemeen neemt fT toe met een hogere transconductantie, maar neemt vaak af bij stijgende temperatuur door veranderingen in mobiliteit en parasitaire capacitances. Ontwerpers gebruiken fT als leidraad bij selectie van transistoren voor RF-applicaties en bij het inschatten van de haalbare bandbreedte van versterkers en mixers.