Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В результате на достаточно высоких частотах (г ) 1 ГГц) Кр в схеме ОБ выше, чем в схеме ОЭ. Следует отметить, что соотношение (1.80) демонстрирует лишь влияние на коэффициент усиления мощности индуктивности Еа н не может быть использовано для инженерных расчетов, поскольку ' здесь не учтены потери в транзисторе. Полное входмое сопротивление транзистора в схеме ОБ.
В соответствии с рис. 1.15, б выражение для входного сопротивления транзистора с учетом сопротивлений потерь в базе г», эмиттере г„ем- костей Спа и С„„индуктивностей Е б и (., (сопротивленнем г(Б пренебрегаем) может быть записано в следующем виде: эт ()эпх+1ы( б )ох+Го ()бг — )ыСкп Укх) ' г П 61) вх— Г' Гэ+ РВ э' ~Сэ! +~пг Подставив сюда (1.24), (1.69), (1.61), (1.63) и торые преобразования, получим соотношение лядно можно представить в виде эквивалентной схемы (рнс.
!.30). Элементы схемы не зависят от частоты (при ) )) )р) и определяются следующими выражениями. ГОБ =яГб+ Гб — кх.б ух (6) озг + Гэ ! сов Кхб+хэ СОБ= тх ( ) ыг ОБ ' (1.73) и проведя некодля Лех, которое наг- (м "ав т (и — 9) ! ЙОБ = ГОБ+ Гэю т,(9) ы С где Гб = ГбСпэ/Сп' ,Гб = ГбСпп/Ск. Рис !,ЗО. Эквивалентная схема транзистора с ОБ для первой гармоники входных колебаний 9 1.17. Волевые транзисторы в усилителях мощиоств бэ В диапазоне высоких частот в качестве активных элементов усилителей мощности могут быть применены мощные полевые МДП- транзисторы. В диапазоне СВЧ в настоящее время наиболее широко применяют полевые транзисторы с затвором Шотки (ПТШ).
Как правило, полевой транзистор включают по схеме с общим истоком, которая позволяет получить наибольший коэффициент усиления мощности. Режим по постоянному току полевого транзистора выбирают следующим образом. К затвору подводят постоянное напряжение Есм (положительное или отрицательное), при котором обеспечивается работа с отсечкой тока стока, на сток подается постоянное положительное напряжение Е„которое вызывает протекание тока основных носителей заряда — электронов — по каналу л-типа. Помимо напряжения Е,„ к затвору транзистора подводят переменное напряжение возбуждения иэ (1), причем ток стока существует только в течение той части периода колебаний и„ когда мгновенное напряжение на затворе превышает напряжение отсечки иота (см. рис. 1.3, 6). На рис.
1.31 показана структура ячеек полевых транзисторов, а на рис. 1.32 †эквивалентн схема, справедливая как для МДП- транзисторов, так и для ПТШ. В схеме приняты следующие обозначения: 1.„х., ).е — индуктивности выводов затвора, истока и стока; Г, — сопротивление потерь в металле затвора; Г, и Г, — сопротивления потерь неуправляемых участков канала со стороны истока и стока; С„С, — емкости обедненного слоя под затвором со сто- роны истока и стока; )ск„— сопротивление управляемой части канала и переходного слоя между каналом и обедненной областью со стороны истока (аналогичным сопротивлением со стороны стока пренебрегаем из-за его малости по сравнению с сопротивлением емкости С,); С вЂ” емкость между контактами сток — исток. Свойства полевого транзистора как АЭ отражены включением в схему генератора тока г'„зависящего от управляющего напряжения и на И 3 С Ю 3 С 1г В ф гг 3 а/ Рис.
1.32. Эквнввлентыля схема но- левого трвызисторк Рис. 1.31. Структурв ячеек МДП- трвызисторк (а) н ПТШ (к): ! — колложкл; à — канал; 3 — лкллектркк: л — вгверкмв слов емкости С,. Эквивалентная схема рис. !.32 справедлива для напряжений на затворе, меньших напряжения открывания барьера Шотки. Механизм работы МДП-транзистора. Мощные МДП-транзисторы изготовляют из кремния, они представляют параллельное объединение большого числа однотипных ячеек (см. рис. 1.31, а). Постоянный ток электронов в канале, возникающий при подаче положительного напряжения на сток, может быть промодулирован, если к затвору подвести переменное напряжение, благодаря действию поперечного электрического поля, изменяющего концентрацию электронов в канале п-типа.
Механизм работы ПТШ. Полевые транзисторы с затвором Шотки изготовляют нз арсеннда галлия (см. рис. 1.31, б). Поперечное электрическое поле„модулирующее плотнскть потока электронов в канале, образуется при обратном смещении барьера Шотки. В этом случае под затвором возникает область, обедненная электронами. Изменяя напряжение на затворе, можно изменять глубину обедненной области, т. е. высоту канала, а следовательно, ток стока. Эквивалентная схема МДП-транзнстрра. Наиболее важным элементом эквивалентной схемы МДП-транзистора (см.
рис. 1.32) яв, ляется генератор, ток которого 1, зависит от управляющего напряжения ит на емкости С„. Для функции 1, (ит) справедливо соотношение (1.4): 1,= 5(пт — и, е) пРи ит )икте. (1. 82г При и„( и„, канал полностью обеднен электронами и !, = О. Остальные элементы эквивалентной схемы можно считать линейными. Эквивалентная схема ПТШ. Ток генератора в эквивалентной схеме ПТШ может быть представлен в виде (1.62). Емкость обедненного слоя со стороны истока, определенная как дифференциальная величина, описывается вольт-фарадной характеристикой: па — и ) ди„' (1.88) где д„, ит — заряд и управляющее напряжение на емкости С„; фа — потенциал барьера Шотки, ~ра = 0,7 ...
0,8 В; С„([/т,)— емкость, измеренная при постоянном напряжении (/ ~; т = 1/2. Нелинейное сопротивление, определенное как отношение мгновенных значений напряжения и тока, г[„„, = ил/гл может быть рассчитано по формуле Я„„, = т„/С„(и„), где т„!,5 1О-" с— постоянная времени входной цепи эквивалентной схемы. Остальные элементы схемы слабо зависят от приложенных напряжений и их считают линейными. Предельно допустимые параметры полевых транзисторов: максимальное напряжение на стоке и,„„, максимальное напряжение на затворе и, „(для ПТШ вЂ” это максимальное обратное смещение на затворе), максимальное напряжение сток-затвор и„„, максимально допустимый ток стока /, „„, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на стоке, Р„„. Граничная частота полевого транзистора. Частотные свойства полевых транзисторов в значительной степени определяются граничной частотой ~~ — — ы,/(2п), где (1.84) <~с = ! /т~ 61 т~ — — 1,в/и — среднее время пролета носителей заряда через управляемую область канала, !,э — эффективная длина затвора, и = = (1,1 ...1„3) 10' см/с — средняя дрейфовая скорость электронов.
При расчете !,э учитывают длину металлизации затвора вдоль направления движения электронов ! и боковые области объемного заряда, примыкающие к затвору со стороны истока и стока. Для ПТШ с! не более 1 мкм /,э (1,1 ... 1,2) !. Параметры статических вольт-амперных характеристик ПТШ 5, З„р, и,т, аналогичны параметрам ВАХ биполярных транзисторов.
Более подробное описание параметров эквивалентной схемы ПТШ дано в статье [6). В работе [7) приведены формулы, удобные для расчетов на ЭВМ, аппроксимирующие характеристики нелинейных элементов ПТШ, основанные на двумерном моделировании процессов в ПТШ. В приложении 7 даны справочные сведения о некоторых ПТШ. й 1.18. Расчет режимов работы полевых транзисторов Расчет режимов работы полевых транзисторов проводится по-разному, в зависимости от рабочей частоты и выходной мощности. Расчет режимов МДП-транзисторов.
Режимы маломощных МДП- транзисторов (Р„„ < 0,1 Вт) на относительно низких частотах, где можно не учитывать инерционность, целесообразно рассчитывать по статическим ВАХ, используя методику, приведенную в $ 1.7. При этом используется кусочно-линейная аппроксимация ВАХ и входным воздействием на транзистор считается гармоническое напряжение на затворе и, ж и . С ростом частоты появляется фазовый сдвиг между входным напряжением и, и управляющим напряжением и„на емкости С„. Коэффициент передачи напряжения становится величиной комплексной Кп=()„Ф,=141+1 т„). где т„= й„„С„.
В результате допущение и, ит оказывается несправедливым и зависимость 1,(и,) становится неоднозначной. Таким образом, рассчитывать режим МДП-транзистора по статическим ВАХ возможно до частот не более 0,5 ~„, где 5„= 1/(2пт„). Режимы мощных МДП-транзисторов, работающих на высоких частотах, целесообразно рассчитывать по методике, основанной на допущении о гармонической форме входного тока. Один из возможных методов расчета приведен, например, в (8).
Расчет режимов работы ПТШ. Действительная часть входного сопротивления мощных ПТШ весьма мала (единицы ом), что позволяет возбуждать транзистор гармоническим входным током. Этому также способствует наличие индуктивностей выводов затвора и истока, которые фильтруют ток. На рабочих частотах сопротивление емкости С, реальных транзисторов существенно больше суммарного сопротивления цепочки С„)с„,„, поэтому ток емкости С„1. ~ 1, (см. рис. 1.32). При гармонической форме входного тока 1, (1) ток гт (г) также близок гармоническому, а следовательно, заряд д„на емкости С„тем более имеет гармоническую форму. Расчет режимов ПТШ удобно проводить, введя понятие управляющего заряда дт, т. е.
суммарного заряда управляемой части канала. Очевидно, что д = д„— д„, где д„= Э,п1,аййг„— заряд полностью заполненного электронами канала, А — высота, Яг„— ширина канала; д„= ) С,ди„— заряд обедненной электронами области под затвором; д, †зар электрона; и †концентрац электронов. Учитывая, что д„ вЂ величи постоянная, а д„ (г) имеет гармоническую форму, приходим к выводу, что д (1) изменяется во времени по гармоническому закону: д„ = (;>„э + Ц„г соз оМ. Для расчета режима ПТШ нужно найти связь д„с током 1, и напряжением и„. Если канал полностью заполнен электронами 62 (барьер Шотки открыт), то через сток протекает постоянный ток 1, = д»/т,.
При закрывании барьера Шотки под затвором появля. ется обедненная область и ток уменьшается: /» = (4» — 4„)/тг Ток стока отличен от нуля только в том случае, когда неподвижный заряд д„»- д„. Максимальное по модулю значение д„равно д», в этом случае канал полностью обеднен электронами и 1, = О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
