Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 52
Текст из файла (страница 52)
4.38. Эквивалентная схе! бе бе ма кпллектоРпой цепи тРан- —, что соответствует — = К2 2и 2ор з ст р н о а = 1,39. По аналогии с (4.!30) выражение (4.141) можно переписать в виде ау = —. (4.! 42) !в ! + !ев,бзврвл, где !вре„= б/ир. Постоянная времени цепи коллектора. Коллектор реального транзистора обладает некоторым сопротивлением, особенно заметным у транзисторов, изготовляемых методом диффузии.
Если рассматривать область только высоких частот, то эквивалентную схему рис. 4.31,б можно преобразовать в схему, показанную на рис. 4.38. При этом нужно учесть, что из-за сравнительно большого значения диффузионной емкости базы она на высоких частотах обладает малым сопротивлением, так что все сопротивление цепи базы только объемное. В режиме короткого замыкания цепи коллектора емкость С„в не играет роли, а емкость С„, будем считать малой. Ток коллектора в режиме короткого замыкания определим из соотношения Ф + гв + с ) 7'( с + гв) (4.143) 25! или о — + Гб !гвСк бэр 7„= 7, 1 б+ 6+ !вэСк.бэр (4.
144) откуда — Ьрщ — ' — . о " 6 к'6' . (4.145) 7э !+!МГ6Скбвр+/влгккбСкбвр Следовательно, из-за влияния постоянной времени цепи коллектора коэффициент передачи тока транзистора также может изменяться как по амплитуде, так и по фазе. Чтобы упростить расчеты и выделить влияние постоянной времени цепи коллектора, положим, что все остальные факторы, определяющие частотные свойства транзистора, несущественны. В этом случае а =!. Тогда ! ! гэ216 = аТ 1 + !мг„„бС„бэр 1+ !мгкобС .бэр 1+ .„,.С (4. 146) — пса!6 = уа„ау а! (4.
147), Частотную зависимость й,м можно аппроксимировать вы- ражением гэ216 ам 6 1+! — 1+!— мгр мгр (4. 148) Здесь оьр — частота (физический смысл будет уточнен позже), значение которой характеризует частотные свойства транзистора; иа частотах около оьр заметно падает !я2161 и возрастает фазовый сдвиг между токами коллектора и змиттера. Подставив значения у, оч, ау, аТ (полученные ранее), найдем ! 1 1 Х 1 + !эггэСэ бвр 1 + !м!крэл 1+!— гагр + !11г эбС э г вроэ к (4.149) 252 Коэффициент передачи тока реального транзистора. Учесть одновременно все факторы, влияющие иа частотные свойства реального транзистора, крайне сложно.
Для оценки частотных свойств можно считать, что полный коэффициент передачи тока транзистора равен произведению коэффициентов передачи, определяемых процессами в отдельных областях. Тогда, аппроксимировав !1216 выражением, аналогичным (4.78), получим , (4.150) м 1!п!юл к 1 + ! — ! + !ВэсэСэ.бэр + !Еипрал + !1В + !МГК.абСк.бвр свгр откуда — ГэСэбэр + !прел + як=='- + ГкабСкбэр ° (4.151) 1 !и элк м р Таким образом, полная постоянная времени транзистора в первом приближении равна сумме постоянных времен, определяемых различными процессами.
Влияние различных процессов на частотные свойства реального транзистора зависит от его конструкции и режима работы. Так, для бездрейфовых транзисторов характерно, что время пролета носителей через базу преобладает над всеми другими постоянными времени. Следовательно, для них ! /оьр 1„р = н12!'(20р) . (4.
152) Для дрейфовых транзисторов существенную роль играет постоянная времени цепи эмиттера, особенно при малых токах. Для сверхвысокочастотных транзисторов все факторы могут оказаться примерно равнозначными. Зависимость частоты пэ„р от тока эмиттера. Наличие нескольких факз торов, влияющих на частотные свойства, обусловливает довольно сложиУю токовУю зависимость гн,р (Рис. 4.39). В области малых токов определяющую роль играет г,С, б,р. С увеличением тока сопротивление эмиттера падает и определяющим процессом становится перенос носителей через базу.
При этом возникновение электрического поля в базе приводит к дальнейшему росту оь . При очень больших токах начинает сказываться сдвиг границы области объемного заряда коллекториого перехода и увеличение его тол. Шины (см. $4,5). Это ведет к снижению оэ„р. 253 Рнс. 6.ЗЭ. Запнснмосгь граничной частоты ксоффнннента переаачн тока базы транзистора от постоянного тока эмнтчера. ! — лявпвэон частое с пренмущесгвенпмм влняпвем пенн эмвгтерв; 2 .
анвпвэон частот с пренмущесчвенкмм алпянпем пепн коллекгорв пэ-эв увелнчекня голщнпы «оллекгорпого перевода Даже такое упрощенное выражение довольно сложно для анализа. Например, для расчета частоты го„, по этому соотношению пришлось бы решить уравнение восьмой степени. Поэтому ограничимся приближенным рассмотрением, заключающимся в том, что каждая постоянная времени в (4.149) считается ие очень большой. Тогда где Люб »г ( —."...)' (4.! 54) ммь = 1/тр. (4.164) а аргумента о» вЂ” "+ агс1н " = агс1я —" ЛЬ2! б млмб н,р (4.156) илн, взяв приближенно ишм а4рьмн Рнс. 4.40. Зависимости модулей коэффнпнсптов нсрсдачн от частоты (масштаб логарнфмнчсснмй) — "2»б «21» = 1+ Лыа (4. 159) частоте м)сблр», н далее ис- ,(4.160) 1+ «2»б + 1'— нгр — Лмб ('"Ю(" ""'-) 1+»в Шгр Ьр — — А»э! О».
(4.!66) или (4.161) 1+»в э»Л2! э 255 254 Уточненная частотная характеристика. В некоторых случаях для аппрокснмацяи частотной характеристики транзистора используют выражение, аналогичное (4.127): «2»бсхр( — 1»п — ) Н2»б = (4.! 53) 1+|в НЛ2»б Как и ранее, зависимость модуля )»2»б от частоты имеет вид агд «р,б — — — (рн — + агс1я — "1. (4.155) "Э»2 Ы лвбг Физический смысл нределоной часгогсб коэффициента передачи тока эмиттера млмб — частота, иа котовой модуль коэффициента передачи тока эмнттера падает в -»/2 раз по сравнению с его низкочастотным значением.
Из равенства аргументов выражений (4.155) и (4.!48) полу- чим агс1к — ж — н агс(я —" ж — ", (4.157) Г'»Л2»б Л»Л2»б Гагр Мгр м =(1+ л») (4.158) Частотная зависимость 12»»,. Воспользовавшись выражением (4.153), найдем частотную зависимость коэффициента передачи тока для схемы с общим эмнттером «2»,.
Из условия баланса токов в транзисторе Подставив значение «Л„из (4.148), получим млмэ = м»т(1 — 1«2»б|) = оЬр/«2»э . (4.! 62) Физический смысл предельной частоты коэффициента передачи тока базы она„— частота, иа которой модуль коэффициента передачи тока базы уменьшаетсн в »|2 раз по сравнению с низкочастотным значением. Следует отметить, что если частотные свойства транзистора определяются только процессами переноса через базу (например, для бездрейфовых транзисторов), то очр = 1/1» ' "2ь =тр/1 р (4. 163) Практически частота мм», сравнительно невелика — транзистор может работать и иа существенно более высоких частотах. В этом случае можно считать, что ~ ДЛЬНЛМ» ~ (4.
165) Таким образом, частота шг,— граничная частота коэффициента передачи тока база — это частота, при которой модуль коэффициента передачи тока базы становится равным единице. Из соотношения (4.165) следует, что иа частотам, превышающих предельную частоту коэффициента передачи тока базы шмьч модуль коэффициента передачи тока базы обратно процорцноиалеи частоте. Поэтому для экспериментального определения граничной частоты коэффициента передачи тока базы ш„ достаточно измерить модуль коэффициента передачи тока базы |«рь) иа какой-либо пользовать соотношение Графически зависимость коэффициентов передачи от частоты представлена на рнс.
4.40. Из графика видно, что |«2»,| падает на значительно более низких частотах, чем |«м,|. Физически это связано с влиянием фазового сдвига между токами эмиттера и коллектора (рис. 4.41). С увеличением частоты фазовый сдвиг растет, и это приводит к росту тока базы, даже если ток коллектора и ток эмнттера неизменны по абсолютному значению. Следовательно, и (амь! = гч/го (4.! 67) уменьшается. еснлеине по мощности на высоких частотах.
С ростом частоты сигнала коэффициент усиления транзистора по мощности падает. Это связано как с уменьшением коэффициента усиления по току, рассмотренным ранее, так и с влиянием цепи геС„„р. Расчет показывает, что максимальную частоту генерации можно найти по формуле (4.168) За ге Свс р Максимальная частота генерации наиболее удачно характеризует частотные свойства транзистора, так как определяет диапазон частот, в котором транзистор остается активным элементом электрической схемы. лл тг Рнс.
4,41. Векторные анаграммы токов транзистора иа разных частотах Рнс. 4.42. Коллекторная цепь транзистора (яля переменной составляющей тока) С ростом частоты шунтирующее действие этой цепи на нагрузку усиливается, в нагрузку ответвляется меньший ток, что и приводит к снижению коэффициента усиления по мощности (рис. 4.42) . Для борьбы с этим явлением следует выбирать определенное сопротивление нагрузки, т. е. согласовывать нагрузку, Однако на очень высоких частотах и это не дает возможности получить достаточный коэффициент усиления по мощности.
На некоторой частоте коэффициент усиления транзистора по мощности даже при согласованной нагрузке становится равным единице. Это означает, что транзистор на такой частоте уже нельзя рассматривать как активный элемент электрической схемы. При коэффициенте усиления по мощности, равном (или меньшем) единице, нельзя осуществить режим самовозбуждения в генераторе на транзисторе. Поэтому ту частоту, на которой коэффициент усиления по мощности становится равным единице, называют максимальной частотой генерации.
256 4 4лй. РАВОтА тРАиэистОРА ИА ИМПУЛЬСАХ Особенности работы Транзисторы часто применяют в импульсных устройствах н в качестве транзисторного ключа. При работе транзистора в импульсных устройствах от него, как правило, требуется неискаженное воспроизведение усиленного импульса на выходе. Работа транзистора при усилении малых импульсных сигналов в принципе ничем не отличается от работы транзистора при усилении малых сннусоидальных сигналов. Импульс можно представить в виде суммы ряда гармонических составляющих и, зная частотные свойства транзистора, определить искажения формы импульса, которые могут иметь место при усилении.
Работа транзистора прн усилении больших импульсных сигналов отличается тем, что транзистор в этом случае может оказаться не только в активном режиме, но и в режимах отсечки и насыщения. При работе транзистора в качестве транзисторного ключа необходимо, чтобы сопротивление транзистора на выходе, т, е. в пепи нагрузки, резко изменялось под влиянием входного управляюгцего импульса, Для этого амплитуда входных импульсов должна быть достаточной для перевода транзистора нз режима отсечки в активный режим работы и далее в режим насыщения, а также в обратном направлении. Схема с общей базой Рассмотрим процессы, происходяшие в транзисторе, включенном по схеме с общей базой, при прохождении через эмиттер импульса тока длительностью й„„в прямом направлении с последующим изменением его направления на обратное (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
