Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Это вторая причина искажения высокочастотных сигналов транзистором. Пролет носителей через область объемного заряда коллектора. Рассмотрим, как появляется ток в цепи коллектора, когда в область объемного заряда коллекториого перехода входит пакет носителей заряда (рис. 4.24). Природа проходящего при этом тока состоит в том, что вошедшие в область объемного заряда носнте- 0 Рнс. 4.24.
Искажение сигнала прн прохождении носителей заряда через коллекторный переход: а — структура «оллекториого перехода и прилегающих к нему областей, б — распреаеленне носителей е «оллекториом переходе; е — импульсы тока коллектора Ы вЂ” без учета барьерной емкости коллекториого перехода; у — с учетом перезари. да барьерной емкости «оллекторного перехода) 228 ли искажают распределение электрического поля в ием. Изменение электрического поля приводит к появлению токов смещения, которые замыкаются через цепь коллектора. Такое изменение электрического поля, а значит, и прохождение тона в цепи коллектора имеет место до тех пор, попа носители находятся в области объемного заряда (см.
2 3.28). Следовательно, длительность импульса тона в цепи ноллектора определяется временем пролета носителей заряда через р-л-переход коллектора (рис. 4.24, в). Если же сигналы следуют с интервалами времени, меньшими, чем время пролета через р-л-переход коллектора, они оказываются неразличимыми. Это третья причина иснажеиия высокочастотных сигналов транзистором. Барьерная емкость коллектвриого перехода. Приведенные рассуждения основывались на предположении, что нак только носители заряда попадают в коллекторный переход, сразу в цепи коллектора появляется тон. Однако этот тон, как отмечалось, может появиться, если изменится электрическое поле в р-и-переходе коллектора.
Но так как коллекторный переход обладает некоторой емкостью, а цепи, в которые он включен, — сопротивлением, появление тока происходит не мгновенно — сначала должно произойтн изменение заряда барьерной емкости перехода. Это также приводит н искажению сигнала (рис. 4.24, в). Таким образом, работа транзистора иа переменном сигнале определяется нак прохождением активных токов, аналогичных по физической природе посюянным токам, так и прохождением емностиых токов, связанных с наличием барьерных емкостей и накоплением зарядов в базе. На все эти явления оказывают влияние времена пролета носителей заряда. Следовательно, для малого переменного сигнала транзистор представляет собой довольно сложный антнвный элемент элентричесной схемы, параметры которого оказываются комплексными и зависящими от частоты.
4 4.10. мАПОснгндльные ПАРАМЕТРЫ Если переменные напряжения иа переходах транзистора достаточно малы, токи в ием оказываются лииейиымн функциями этих наприжений. Транзистор можно рассматривать нак линейный четырехполюсинк (рис. 4.25). При этом два внешних вывода четырехполюснина считают входными, соответствующие им ток и ИанряжЕИИЕ ОбОЗНаЧаЮт 1~ И (г'Р ДВа друГИХ ВЫВОда яВЛяЮтСя выходными, соответствующие им ток и напряжение обозначают ут и Оз.
За положительное принимают направление токов, входящих в четырехполюсннн. Чтобы показать связь между величинами 0 и ()е, 1г и 18, составим шесть систем уравнений. Однако практически приме- 229 1 ий 1о-о' "" 1и 1а- ' (4.58) 1и 1а=о ""=1 и 1а о' няют только три системы. В первой из них напряжения рассматривают как линейные функции токов: и,=„1,+ „1,;~ (4.55) и,=зоА+ 2„(,.
Коэффициенты 2м, имеющие размерность сопротивления и являющиеся комплексными, можно выразить через токи н напряжения, измеренные в режиме холостого хода, следующим образом: и, 1 и, ~ 2!! = 1; 2!о= 1),-о' й !),=о' (4.56) и, 1 и, ~ 22! = —.1; 2ю = —. /, )ь=о' )о 12-о' ),=у„и, +у„и,; ), = уо! и, + у„и,. з (4.57) Коэффициенты ум, имеющие размерность проводимости и тоже комплексные, определяем в режиме короткого замыкания; 230 Здесь, как и в дальнейшем, индекс 11 (читается «одии— одино) означает входном параметр (характеризующий входную цепь), индекс 12 («один — двао) — параметр обратной связи, индекс 2! («два-одино) — параметр прямой передачи и индекс 22 («два1, двао) — выходной параметр.
ог уыг Лля получения режима холосто- и', о) го хода в цепь включают сопротив. ление, значительно большее, чем соответствующее сопротивление четырехполюсника (входное или выходное). При экспериментальном определении параметров транзистора необходимо обеспечить питание его электродов постоянным напряжением либо через очень большое активное сопротивление от достаточно высоковольтного источника питания„ либо через индуктивные элементы.
Осуществление режима холостого хода в цепи эмиттера или базы (для схемы с общим эмиттером) ие представляет особого труда, так как внутреннее сопротивление открытого перехода мало, а создание режима холостого хода в цепи коллектора (выходной) затруднено тем, что внутреннее сопротивление при этом очень велико (достигает нескольких мегом). Следовательно, определить экспериментально 2-параметры транзистора трудно.
Если токи транзистора рассматривать как линейные функции напряжений, получаем систему уравнений: Получение режима короткого замыкания состоит в том, что исследуемую цепь шуитируют сопротивлением, значительно меньшим внутреннего сопротивления соответствующей цепи. Учитывая необходимость обеспечения питания электродов транзистора постоянным напряженнем, такое шунтирование можно производить емкостью. Режим короткого замыкания можно легко осуществить в цепи коллектора, где внутреннее сопротивление транзистора велико.
Выполнение режима короткого замыкания в цепи эмиттера затруднено, особенно в области низких частот. Это ограничивает применение у-параметров для описания свойств транзистора. Во избежание перечисленных трудностей чаще всего для описания свойств транзистора используют так называемую смешанную систему и! = и!1А + й!ои2' 6 = йо!А + йооио у (4.59) Для определения Ь-параметров необходимы режим короткого замыкания в выходной цепи и режим холостого хода во входной. Физический смысл Ь-параметров довольно прост: ь ! = 1 — входное сопротивление при коротком и! о =-о замыкании выходной цепи; — коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе во входной цепи; — коэффициент передачи тока при коротком замыкании выходной цепи; йю = — 1.
— выходная проводимость при холостом хо- 1! и, !- де во входной цепи. 2З! Преимушества !2-параметров состоят в удобстве их экспериментального определения. Кроме того, гг-параметры измеряют в режимах, близких к режимам работы транзисторов в практических схемах. Однако для расчета электрических схем часто удобнее применять другие параметры (например, у). Переход от одной системы параметров к другой довольно прост. С этой целью уравнения системы, от которой осуществляется переход, следует решить относительно величии, являющихся функциями в системе, к которой осуществляется переход. Полученные коэффициенты при токах или напряжениях и дадут формулы перехода. Например, если необходимо перейти от сис- О,=+1,— +1,; (4.60) О,= — -Д-1, «-+-1,, 1» = (уе~а + ухи)иа» + уоиии (4.66) где и„= -Оеь Следовательно, У»ь = Упа + Ума + Умо + Ума', ум» = — (Ума + Уиа); ув» = (ума + ума); Таблица 4.1 (4.67) 4 4.ы.
эквмвляантныв схемы (4.6!) (4.62) темы у-параметров к системе г-параметров, уравнения (4.57) на- до решить относительно О~ и Ое (функции в системе г). Полу- ченные выражения имеют вид: где Л„=у|»уи — уиум — определитель системы у. Сравнив систему (4.60) с (4.55), получим соотношения для перехода от одной системы параметров к другой.
Найденные ана. логичным путем формулы сведены в табл. 4.!. Формулы еерекеда немку енетемаяв веранетрее Значения параметров транзистора, представленного в виде четырехполюсннка, зависят от схемы его включения. Однако, если эти параметры известны для какой-либо одной схемы, сравнительно легко произвести пересчет для другой. Для этого надо заменить напряжения и токи (нмея в виде правило знаков), учитывая, что в транзисторе 1,+1,+7»=0; О.,+ О + и,»=о.
Сделав необходимые подстановки и преобразовав уравнения, получаем формулы перехода как коэффициенты в уравнениях. Например, если известны у-параметры транзистора для схемы с 232 обшей базой, а требуется найти их для схемы с общим эмитте- ром, в уравнения 1. =У„.и,. + У„.О„.; (4.63) 1» = уатО»о + умаО о (4.64) подставляем токи и напряжения с помощью выражений (4.6!) и (4.62). После преобразований получим 1а = (у~~о + умо + умо + уеи) ии — (у»и + уои)О, (4.65) Аналогично выводят соотношения н для других параметров.
Рассмотрение транзистора как активного линейного четырехполюсника (см. $4.!О) удобно для расчета электрических схем. Однако оно имеет и ряд недостатков, которые связаны прежде всего с тем, что параметры четырехполюсника вводят в известной степени формально и каждый из них может отражать влияние сразу нескольких физических процессов. Поэтому получаются сложные зависимости параметров четырехполюсника от режима работы транзистора (постоянных напряжений и тонов), от частоты и температуры.
Чтобы упростить эти зависимости, свойства транзистора при малом переменном сигнале описывают с помощью эквивалентных схем. Под эквивалентной понимают электрическую схему, составленную из линейных элементов электрических цепей (сопротивлений, емкостей, иидуктнвностей, генераторов тона или напряжения), которая по своим свойствам прн данном сигнале (например, при малом переменном) ие отличается от реального объекта (транзистора).
Графическое изображение эквивалентных схем позволяет более экономно зафиксировать основные соотношения. При расчетах с помощью эквивалентных схем сначала определяют токи и напряжения в самой схеме н затем переходят к каким-то другим параметрам, например параметрам четырехполюсннка. Никакая эквивалентная схема из конечного числа элементов не может быть полностью эквивалентной реальному транзистору, т. е. все эквивалентные схемы оназываются приближеннымн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
