Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

При условии, когда !Екэ! > [Еяз[, змитгерный переход для базовой цепи становится как бы источником энергии и его параметры Я,„<в и С,„оз принимают отрицательные значения. Входная цепь ГВВ с транзистором по схеме с ОБ имеет такую же эквивалентную схему входной цепи (см. рис. 2.43,в), как н для схемы с ОЭ. Однако расчет элементов 1, ов р ох, Я х и С оа следует производить по формулам, приведенным в [! 5, с. ! 04 и (05[. Прн работе БТ в широкополосном ГВВ в случае необходимости поддерживать выходную мощность Р, постоянной приходится амплитуду тока возбуждения 1в изменять по закону, обратному изменению коэффициента ![3[. Напряжение смещения при этом оказывается неизменным.

87 В ГВВ на БТ можно использовать также и резонансную нагрузку. Анализы работы такого ГВВ в граничном и недонапряженном режимах аналогичны. При необходимости установить недонапряжеиный режим в генераторах срезистивной или резонансной нагрузкой расчет необходимо производить при 4 Р .

Надежность работы ГВВ на БТ зависит как от выбора рабочих напряжений и токов, так и от теплового режима транзистора(см. гл. П). При работе БТ в ГВВ рассеиваемая на коллекторном переходе мощность Р„= Ре- Р, превращается в тепло, повышая темйератуРу кристалла. В справочниках для каждого транзистора задается максимально допустимаа температура перехода Т„, (в градусах Цельсия — 'С или Кельвина — К), при превышении 'которой транзистор разрушается. Тепло от коллекторного персхода отводится в окружающую среду через корпус транзистора. Мощиыетранзисторы для облегчения отводатепла устанавливают на радиаторах, в качестве которых используются металлические плоские нли ребристые (для увеличения излучающей поверхности) пластины. В зтом случае поток тепла на пути к окружающей среде встречасттри тепловых сопротивления: сопротивление переход — корпус Ят,сопРо. тивление корпус — радиатор Вт, и, наконец, сопротивленйеркциатор — среда л, .

Часть теплового потока проходит в окружающую среду непосредственно с корпуса транзистора через сопротивление Полное тепловое сопротивление переход — среда при отсутствии радиатора: иткс с'тк.к иткс~ при' наличии радиатора и выполнении условна Ятк,с > Я,„.р+ Гст ~ ткс ~тк.к йтк.р ~тес' Величины тепловых сопротивлений Рт и Ят к.с приводятся в сира вочниках. Они имеют размерность градусй на Ватты (сСФт илн К/Вт). Тепловое сопротивление йт ' при правильном креплении транзисторов к радиатору 'равно (0,5...!)0ЬВт.'' Тепловое сопротивление радиатора тем меньше, чем больше его поверхность н толщина.

Например, радиатор в виде плоской пластины толщиной 2...3 мм и площадью 250...500 см имеет Я ю (4...2)сОВт. Тепловые параметры транзистора связаны с рассеиваемой на переходе мощностью Р„н температурой окружающей среды Т: Р„=(т„-туц . При подстановке в зто уравнение значений Т„ккк, Т и М', „можно определить рассеиваемую мопиюстьР„„котораа допустима йри работе без радиатора.

Использование же Л", „при расчетах позволяет либо найти допустимую рассеиваемую мощность Р" к прн заданных параметрах радиатора(Д, ) илн наоборот по известной рассеиваемой мощности определить Д и затем размеры радиатора. 2Л7. РАБОТА ГВВ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ В ГРАНИЧНОМ И НЕДОНАПРЯЖЕННОМ РЕЖИМАХ Хотя принцип управления электрическим током с помощью электрического поля был сформулирован в ! 930 г., первые полевые транзисторы (ПТ) появились в начале 60-х годов, и только в конце 70-х годов были разработаны мощные ПТ». В настоящее время уже выпускаются ПТ для работы в диапазонах до 60; 300 МГц и 2...3 ГГц с полезной мощностью соответственно 50...70; до 50 и ! 0 Вт.

Полевые тра(писторы большой мощности (! О... ! 50 Вт), так же как и БТ, изготовляются в виде множества простых транзисторов, соединенных в параллель и размещенных на одной кремниевой подложке. Полевые транзисторы, как и биполярные, выполняются в виде горизонтальной или вертикальной структуры (рис. 2.494з,б). На этих рисунках показан поперечный разрез единичного ПТ. Он состоит нэ подложки 1 (кремний р-типа), областей исто(9» 2 и стока 3 (кремний л-пща), металлических контактов истока, затвора и стока 4 и слоя изолятора 5 — окиси кремния между контактом затвора и поверхностью подложки. Прн подаче на затвор относительно истока положительного потенциала в подложке'вблизи затвора скапливаются электроны, происходит инверсия проводимости этой части подложки и между областями истока и стока образуется канал л-тица, по которому 'ноже'г течь ток в виде потока электронов. Параметры ПТ сильно зависят от длины канала 1„; так, крутизна характеристики тока стока Я = А(с(беэи = (11к, сопротивление ПТ в открытом состоянии г пропорционально 1к.

Типичные выходные статические характеристики ПТ с длинным каналом (20...50 мкм) показаны парис. 2.50,хз. Они отличаются непостоянством крутизны в активной области н малой крутизной линни граничного режима, вследствие чего такие ПТ работают с низкими значениями ~ = ЩЕс и КПД. Разработанные в последнее десятилетие ПТ с коротким каналом (менее (О мкм) имеют лучшие показатели.

Поперечный разрез части мощного ПТ с коротким канаяом показан на рнс. 2.49,6. Эти транзисторы, как правило, имеют вертикальную структуру (ток 1, течет в подложке снизу вверх). Подложка 1 — кремний и-типа; в подложку Здесь и ниже рассматриваются лишь «ремниевыс ПТ с изолированным затвором и я-каналом. Часто в название этих транзисторов вводят краткое обозначение их структуры: МДП (металл — дизлектрик — шмзупроводник! или МОП (мегалл— лвуокись кремния — полупроводник) и говорят, например, МДП-транзистор. 89 — а> ! Рис 2,49. Строение палевых транансторов с горизонтальной (а) н вертикальной (б) стр)Фтяхисн методом двойной диффузии введены легирующие добавки для зон с кремнием р-типа 2 и л-типа 3; на подложке снизу имеется электрод стока, а сверху — электроды истоков. Электрод затвора нанесен на изоляционный слой из й(О2.

В этом ПТ канал л-типа образуется в части зоны кремния р типа, лежащей непосредственно под электродом затвора (эта часть зоны на рис. 2.49,б заштрихована). Наличие слоя диэлектрика между электродом затвора и полупроводником, в котором образуется канал, ухудшает ВЧ свойства транзистора. Применение затвора с барьером Шотки, называемого лсаиаллолаиулроеодникоеым, позволяет заметно повысить высокочастотность (1...2 Вт на частотах 12...15 ГГц). Для снижения потерь в таких транзисторах часто в качестве полупроводника применяют арсенид галлия. Выходные статические характеристики ПТ с коротким каналом приведены на рнс. 2.50,6.

Можно видеть, что они выгодно отличаются от характеристик ПТ с длинным каналом существенно большей крутизной линни граничного режима Я, меньшим сопротивлением открытого транзистора и большим постоянством крутизны Я в активной области. Вследствие этого ПТ с коротким каналом по энергетическим показателям сопоставимы с БТ, но по сравнению с последними они более пригодны для усилителей с линейными амплитудными характеристиками. гс Рнс.

2.50. Статические харелтпнсстикн полевых траюнсторов с ниниными (и) н короткими йб каналами Для оценки «высокочастотности» ПТ можно ввести понятие граничной частоты УГя, пРи котоРой вРемЯ пРобега электРОнов чеРез канал соизмеримо с длительностью периода колебанию г" м г/2к(„, где г,— скорость движения электронов в канале л-типа(м10' см/с); I„— длина канала. Значения ~' для ПТ разных типов находятся в пределах 200 МГц...16 ГГц. Полевой транзистор можно рассматривать как управляемый полем резистор. Прн прохождении тока резистор нагревается, его сопротивление увеличивается, снижается крутизна характеристики тока стока Ю, происходит саморегулирование. Наличие этого явления в ПТ делает их термостабильными, не требующими специальных мер защиты от перегрева. По этой же причине ПТ можно включать в параллель, причем благодаря саморегулированию однотипные приборы с начальным разбросом параметров заметно выравнивают свои параметры.

В ПТ, так же как и в БТ, при повышении напряжений на электродах могут возникнуть пробои. Существует несколько механизмов пробоя. Анализ этих механизмов приводит к следующим выводам: мгновенные значения напряжений еэн н еси должны быть меньше, чем ези „ и еси яея, средняя рассеиваемая мощность на ПТ не должна превосходнтьдопустимое'значение Р Эквивалентная схема простейшего ПТ беэ учета второстепенных элементов, оказывающих слабоевлияние на работу ПТ на сравнительно низких частотах (~~с/ ), может быть представлена в виде последовательно соединенных емкости затвор — исток С,-сопротивления потерь во входной цепи Я' и генератора тока (рнс.

2.5!,л). Если ко входу транзистора (3 — И) приложить напряжение езю то в цепи сток — исток потечет ток (2.59) 'с 5 (езн) ези. Здесь Я(езн) — кругнзиа статической характеристики тока!„зависящая от напряжения на затворе (см. рис. 252,а). Эквивалентная схема реального генераториого ПТ, используемая в радиочастотных схемах (приг < 60...80~МГц), приведена на рис. 2.51,6. На схеме обозначены: С, и Сз — емкочти между выволами затвор— исток и сток — исток; С„Еч, ܄— нндуагивности выводов; М„Я„ й„— сопротивления выводов; С н С вместе образуют емкость затвор — исток; М,„— резистор, учитывающий потеои в цепи затвор— исток; ф— емкость между затвором н истоком; й,.

Характеристики

Список файлов книги