книги / Транзисторы
..pdfПараметры этой схемы связаны с физическими параметрами
транзистора следующими соотношениями. |
|
|
||||
|
|
L |
|
Сопротивление эмиттера: |
|
|
|
|
216 |
|
|
|
|
|
|
|
|
г3= |
Т° |
(38) |
|
|
|
|
8,7 • 10- 2 —г—. |
||
|
|
|
|
|
' Э |
|
|
|
|
|
Сопротивление базы: |
|
|
|
|
|
|
г6 = гй + гб |
|
|
Р и с. |
4. |
Т-образная схема за |
г ' = |
(0 ,1 ч - 1 ) - ^ |
(39) |
|
мещения |
транзистора |
при ра |
|
|
|
|
боте его на малом сигнале н |
|
|
|
|||
включении по схеме |
с обшей |
г 6 = |
~2 Гз (1 + Л21э) |
|
||
|
|
базой |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление коллектора: |
|
|
|
|||
|
|
гк |
(2 ч -6 ,7 )-10” 7 Ц _ V и к6 |
(40) |
||
|
|
|
|
Ур6 |
/.^ |
|
Емкость коллектора: |
|
|
|
|||
Ск = |
3 • 10~55 к |
— для |
сплавных транзисторов |
|
||
|
|
|
|
|
|
.(41) |
Ск |
1,5 • Ю_75 к |
— для диффузионных транзисторов |
|
|||
В этих формулах: |
|
|
|
|||
Т° — температура, 0 К; |
|
|
|
|||
|
/ э — ток эмиттера, ма; |
|
|
|
||
|
Рб — удельное сопротивление базы, ом • см; |
|
||||
UKб — напряжение коллектор — база, в; |
|
|||||
|
W — толщина базы, см; |
неосновных носителей в базе, |
см\ |
|||
|
L6 — диффузионная длина |
|||||
—плотность примеси в базе, слг3; N 2— градиент мощности примеси, слг4;
—площадь коллекторного перехода, см2.
Все сопротивления г — в омах, емкости С — в пикофарадах.
Кроме Т-образных схем замещения могут быть использованы П-образные схемы замещения (рис. 5).
Рис. 5. П-образиая схема замещения транзи стора при работе его на малом сигнале и включении по схеме с общим эмиттером
Параметры П- и Т-образных схем связаны между собой сле дующими соотношениями:
гэб = _ 2 гэ 0 + Л21э)
гкб = 2гк
2г„ |
(42) |
|
|
1 + Л 21Э |
|
1 |
|
3ЛГз1/1Пб
В табл. I. 3 и I. 4 в рамки заключены параметры, измерение ко торых осуществляется наиболее просто и точно. Как следует из таб лиц и схем замещения, через эти шесть параметров может быть вычислен любой из 34 параметров малого сигнала на низких ча стотах. Эти же параметры и положены в основу соответствующего раздела справочного листа на транзистор.
Коэффициенты усиления по току в прямом Л21э и в инверсном Л21э1 включениях связаны между собой. Для сплавных маломощных транзисторов эта связь выражается приближенной формулой:
|
|
о-85» (‘— §г) + Аг..^ - |
<«> |
|
где |
---- отношение |
площадей эмиттера и |
коллектора |
(обычно оно |
|
составляет |
0,15 -j- 0,5). |
|
|
|
Приведенные формулы, схемы и таблицы позволяют вычислить |
|||
параметры при различных температурах, |
токах и |
напряжениях. |
||
В справочном листе приводятся параметры при заданной темпера туре и режиме, с их помощью по формулам можно очень просто определить эти же параметры при другом режиме и другой темпе-
ратуре, при этом нет необходимости определять входящие в них постоянные величины ре, Wt Le, Nu N2 и SK.
В определенных диапазонах температур, токов и напряжений зависимости Л-параметров с точностью, достаточной для практиче ских расчетов, аппроксимируются прямыми («хордами» к действи
тельным кривым измерений). На рис. 6 , 7 и 8 приведены такие аппроксимированные, нормализованные зависимости.
Параметры на высоких частотах
Для определения параметров |
на высоких |
частотах и расчета |
схем усилителей высоких частот |
могут быть |
использованы Т- и |
П-образные схемы рис. 4 и 5.
Вслучае Т-образной схемы появляется частотная зависимость
параметров гэ, |
гк и Л21б,которые теперь должны |
быть заменены |
||
соответственно |
на <гэ, z 6, z K и |
Л21б. Для |
частот до |
8//,2i6 эти пара* |
метры вычисляются по формулам: |
|
|
||
*, = r9 \F2\ t - ‘b |
|
|
|
|
г К= Гц—---—------- J -' |
Л2,б = |
Л216 I ^ 1 1 е |
|
|
|
1 + ^ 21Э7 — |
|
|
|
|
/ Т |
|
|
|
модули и фазы определяются по кривым рис. 9 и 10.
Ри с. Ю. Кривые для определения модуля и фазы параметров
и*к Т-образной схемы замещения в зависимости от частоты
С помощью ф-л (44) определяются Л-параметры: для схемы с общей базой ^
либ = 2э 4" т —
П2\Ъ
А126в Г в + |
' б |
( - ^ + |
ЛвС1() |
’ |
(45) |
|
|||||
^ 22б ~ ------Ь |
|
|
|
|
|
ZK |
|
|
|
|
|
для схемы с общим эмиттером: |
|
|
|
|
|
к Пэ = ' ‘б + |
^ э'г21э |
|
|
|
|
^129 — “гК |
Ь ^ ^ К 2Э^2\Э |
|
(46) |
||
1 22Э — ^2\Э ^ |
/СОСк) |
|
|
||
1 + Л 2,э = |
1 Д |
1в. |
|
(47) |
|
В случае П-образной схемы (рис. 5) параметры гкэ и гкб, пере
стают оказывать влияние на частотные свойства, а параметр С$к теперь следует учитывать, тогда
г эб/ |
r3h21Э |
|
|
|
СэА_ |
2я/тгэ |
|
|
|
(48) |
|
|
|
у о |
| Л2]б | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ь к — |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 п ^ и |
|
|
|
|
|
|
|
Сбк — ^22б |
|
|
|
|
|
Таким образом, для расчета схемы усилителя высокой частоты |
||||||||
необходимо |
измерить |
четыре параметра: |
|/*12б1 |
на |
средней |
частоте |
||
/ 12, С22б, /т |
и гб, которое равно |
действительной |
части Re(Лцо) вход |
|||||
ного |
сопротивления, |
измеренного на достаточно высокой |
частоте. |
|||||
В справочнике приводятся усредненные зависимости парамет |
||||||||
ров, их действительная и мнимая части |
от тока |
и частоты. По |
||||||
этим |
параметрам расчет схем наиболее прост. |
|
|
|
||||
Шумы
шума Fш для схемы с общим эмиттером:
«1+ i h +Т +(тf + ^ ) <r>+ri+ ад,гк-]’ |
<®> |
|||||
где Fm — минимально при Rr опт и / э опт*» |
|
|
|
|||
/?Г опт ~ у 2Гб ^ |
опт ~ |
-^-^кбо^21э* |
|
|||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
.Ли мин « 1 + 4 |
+ |
В (2В + |
(1 + |
Л + В>2; |
|
|
Л . Г Т ^ Г |
, ; |
в |
. / |
щ |
: - . |
(50) |
<рт = |
8,7 • 10- 2Г°‘ |
|
|
|||
где Т0 — температура, °К;
R T— сопротивление генератора, ом.
Дальнейшее снижение Fm возможно путем уменьшения напря жения Uкэ йа коллекторе и снижения температуры Т°, однако в формулы входит Й21б, которое падает со снижением £/1(Э и растет
стемпературой.
Всправочнике приводятся гарантируемые максимальные значе ния Fш в определенном не наивыгоднейшем режиме и только дли малошумящих транзисторов. Таким образом, для получения мини мальных шумов важнейшее значение имеет отыскание наивыгодней шего режима по току и напряжению при оптимальном значении сопротивления генератора. Этот режим для различных образцов транзисторов будет различным. Можно найти режим . наименьших шумов и для транзисторов, которые не проверяются по коэффи циенту Fm.
Вкачестве примера зависимости Fm от тока, температуры и сопротивления генератора на рис. 11 приводятся усредненные кри
вые для германиевых и кремниевых транзисторов.
Зависимость Fm от частоты иллюстрируется кривыми рис. 12. Формула (49) дает значения Fm в интервале частот -5- /ш. Для частот, меньших fn (0,5 ч -5 кгц), шумы снижаются с повышением частоты на 3 дб на октаву; для частот, больших предельной часто ты / ш, шумы повышаются на 6 дб на октаву.
Предельные и граничные частоты
Предельные частоты определяются по значению параметра, со ответствующему пределу, свыше которого транзистор не. может быть использован как усилительный элемент,.
К этим частотам относятся: |
коэффициента |
усиления по |
току |
в |
|||
— предельная |
частота |
f T |
|||||
схеме с общим эмиттером |
(при |
этой частоте |
|Л210| = 1): |
|
|
||
|
|
/т = |
| Д21Э| Д |
|
(51) |
||
где / — высокая |
частота, |
на |
которой измеряется модуль |
h2j3; |
|
||
предельная частота fMаис коэффициента усиления по мощ |
|||||||
ности (при этой частоте /ср = 1): |
|
|
|
||||
|
fмакс — |
|
|
(52) |
|||
— предельная частота f ш |
коэффициента |
шумов (при |
этой |
ча |
|||
стоте начинается |
резкое возрастание Fm): |
|
|
|
|||
|
|
f |
~ |
fr |
|
(53) |
|
Граничные частоты определяются по значению параметра, ко торый уменьшился с частотой до определенной границы, по срав нению с его первоначальной (низкочастотной) величиной.
К этим частотам относятся:
— граничная частота fh2ю коэффициента передачи по току в
схеме |
с общей базой (при |
этой частоте Л21в = 0 ,7 Л21оо): |
|
|
|
fh2\6— mfT* |
(54) |
где |
1,6 (меньшая |
цифра относится к бездрейфовым |
тран |
зисторам);
— граничная частота fh2\э коэффициента усиления по току в
схеме |
с общим эмиттером (при этой |
частоте Л21э = 0 ,7 A2iaJ): |
|
|
f/l2\ |
|
(55) |
|
|
1 + / / 2 |
|
— граничная частота f1/2i3 крутизны характеристики в схеме с |
|||
общим |
эмиттером (при этой частоте |
T/2ID=0,7 //2iao): |
|
|
fi/21a |
|
(56) |
— граничная частота fh2i6i коэффициента передачи по току в схеме с общей базой в инверсном включении:
Все частоты связаны между собой и |
с частотой / т, наиболее |
легко измеряемой величиной, физический |
смысл которой ((aT= |
Р и с. 11. Усредненные зависимости коэффициента шума от тока эмиттера, температуры окружающей среды сопротивления генератора на входе тран зистора.
РШ’Аб |
|
|
|
|
7 |
^ З д б /о кт а в а |
|
|
б д б / о н т а в а |
^ |
|
Ю 4 |
Л |
|
|
V |
1 / |
\ / |
{ |
|
|
W |
|
8 |
|
|
|
|
|
б |
\ V |
|
s i |
|
i |
|
|
|
i / |
||
|
ч |
|
|
|
|
4 |
|
|
у |
. |
|
|
G e |
^ 7 |
|
||
|
— |
|
|||
2 |
1 |
|
_____________________ ______1___________ |
||
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
1 |
О_____________1----------------------------------------- 1--------- 1 |
|||||
|
Им |
|
---- ► 0пг |
|
1fш |
Рис. 12. -Зависимость коэффициента шума от частоты.