И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 31

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

Текст из файла (страница 31)

Помимо предельных частот усиления Г„и)р транзистор характеризуется еше максимальной частотой генераиии 7 при которой коэффициент усиления по мошности кр снижается до 1. Очевидно, что при 1' < 7 „, когда кр > 1, возможно 60 0,5 0 1 10г 70 Ю '70 Гц г Рис. 6.7. Уменьшение коэффициентов и н 8 при повышении частоты применение данного транзистора в генераторе с самовозбуждением.

Но если й < 1, то генерации колебаний уже не будет. Иногда в расчетных формулах встречается также граничная часшоша усиления шока 1,р, которая соответствует Й, = 1, т. е. при этой частоте транзистор в .хеме ОЭ перестает усиливать ток. Следует отметить, что на высоких частотах изменяются не только значения и и ~). Вследствие влияния емкостей переходов и времени пробега носителей через базу, а также процессов накопления и рассасывания заряда в базе на высоких частотах изменяются собственные параметры транзистора и они уже не будут чисто активными сопротивлениями.

Изменяются также и все другие параметры. Улучшение частотных свойств транзисторов, т. е. повышение их предельных частот усиления), и )'в, достигается уменьшением емкости коллекторного перехода С„и времени пробега носителей через базу т„к К сожалению, снижение емкости путем уменьшения площади коллекторного перехода приводит к уменьшению предельного тока, т. е, к снижению предельной мощности. Некоторое снижение емкости С„достигается уменьшением концентрации примеси в коллекторе. Тогда коллекторный переход становится толще. что равноценно увеличению расстояния между обкладками конденсатора.

Емкость уменьшается„а, кроме того, при большей толщине перехода увеличивается напряжение пробоя и это дает возможность повысить мощность. Но зато возрастает сопротивление области коллектора и в ней потери мощности будут больше, что особенно нежелательно для мощных транзисторов. Для уменьшения т„р стараются сделать базу очень тонкой и увеличить скорость носителей в ней. Но при более тонкой базе приходится снижать напряжение 17„.„, чтобы при увеличении толщины коллекторного перехода не произошел «прокол базы».

Электроны при диффузии обладают большей подвижностью, нежели дырки. Поэтому транзисторы типа п — р — и при прочих равных условиях являются более высокочастотными, нежели транзисторы типа р — п — р. Более высокие предельные частоты могут быть получены при использовании полупроводников, у которых подвижность носителей выше.

Увеличение скорости пробега носителей через базу достигается также и в тех транзисторах, у которых в базе создано электрическое поле, ускоряющее движение носителей. Более подробно об особенностях устройства и работы высокочастотных транзисторов рассказано в Э 6.7. 6.4. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖ$%Ч Транзисторы широко применяются в различных импульсных устройствах. Работа транзисторов в импульсном режиме, иначе называемом ключевым или режимом переключения, имеет ряд особенностей. Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных характеристик для схемы ОЭ.

Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки Я„. Соответственно этому на рис. 6.8 построена линия нагрузки. До поступления на вход транзистора импульса входного тока или входного напряжения транзистор находится в запертом состоянии (в режиме отсечки), что соответствует точке Тп В цепи коллектора проходит малый ток (в данном случае сквозной ток )„ш), и, следовательно, эту цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напряжение источника Ез почти полностью приложено к транзистору. Рис, 6.8, Определение параметров импульсного режима транзисторов с помощью выходных характеристик Если на вход подан импульс тока 1а„,х, то транзистор переходит в режим насыщения и работает в точке Т,.

Получается импульс тока коллектора 1к,х, очень близкий по значению к Е,/Ян. Его иногда называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника Еа палает на Ян, а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напряжение (десятые доли вольта), называемое напряжением насыщения У„.,„а,. Хотя напряжение ик, в точке Та не изменило знак, но на самом коллекторном переходе оно стало прямым, и поэтому точка Т, действительно соответствует режиму насыщения.

Покажем это на следующем примере. Пусть имеется транзистор и — 'р — и и 1/«анас аа 0,2 В, а напряжение на базе (/а, = 0,6 В. Тогда на коллекторе по отношению к базе будет напряжение У,.а =0,2 — 0,6 = — 0,4 В, т. е. на коллекторном переходе прямое напряжение 0,4 В. Конечно, если импульс входного тока будет меньше 1а,х, то импульс тока коллектора также уменьшится. Но зато увеличение импульса тока базы сверх 1а„,х практически уже не дает возрастания импульса выходного тока.

Таким образом, максимальное возможное значение импульса тока коллектора 1к ах = Ез/Ян (631) ПОмимО 1 ак. 16«хах и 1 «.анас импульсный режим. характеризуется также коэффициентом усиления по току В, который в отличие от () определяется !00 не через приращения токов, а как отношение токов, соответствующих точке Тел В ъ 1«,„,„/1асвх. (6.32) Иначе говоря, (3 является параметром, характеризующим усиление малых сигналов, а В характеризует усиление больших сигналов, в частности импульсов, и по значению несколько отличается от (3. Параметром импульсного режима транзистора служит также его сопротивление насыщения Янас (/к-анас/1«ахах (6 33) Значение Янм у транзисторов лля импульсной работы обычно составляет единицы, иногда десятки ом. Аналогично рассмотренной схеме ОЭ работает в импульсном режиме и схема ОБ.

Если длительность входного импульса тн во много раз больше времени переходных процессов накопления и рассасывания зарядов в базе транзистора, то импульс выходного тока имеет почти такую же длительность и форму, как и входной импульс. Но при коротких импульсах, т. е. если тн составляет единицы микросекунд и меньше, может наблюдаться значительное искажение формы импульса выходного тока и увеличение его длительности. Для примера на рнс. 6.9 показаны графики короткого импульса входного тока прямоугольной формы и импульса выходного тока при включении транзистора по схеме ОБ. Как видно, импульс коллекторного тока начинается с запаздыванием на время т, (время задержки), что объясняется конечным временем пробега носителей через базу.

Этот ток нарастает постепенно в течение времени та (длительности фронта), составляющего заметную часть тн. Такое постепенное увеличение тока связано с накоплением носителей в базе. Кроме того, носители, инжектированные в базу в начале импульса входного тока, имеют разные скорости и не все сразу достигают коллектора. Время т, + те является временем включения т,кн. После окон- !01 Рпс. 6.9, Искажспяе формы импульса тока транзистором чания входного импульса ток 1, продолжается некоторое время тр (время рассасывания) за счет рассасывания заряда, накопившегося в базе, а затем постепенно спадает в течение времени спада т, Время тр+ т, есть время выключения т,„м, В итоге импульс коллектор- ного тока значительно отличается по форме от прямоугольного и растянут во времени по сравнению с входным импульсом.

Следовательно, замедляется процесс включения н выключения коллекторной цепи, увеличивается время, в течение которого эта цепь находится в замкнутом состоянии. Иначе говоря, за счет инерционности процессов накопления и рассасывания заряда в базе транзистор не может осуществлять достаточно быстрое включение и выключение, т. е. не обеспечивает достаточного быстродействия ключевого режима. На рис. 6.9 показан еще график тока базы, построенный на основании соотношения !и = 1, — 1,.

Как видно, ток этот имеет сложную форму. Для схемы ОЭ можно построить временные графики токов, подобно тому как показано на рис. 6.9 для схемы ОБ. Специальные транзисторы для работы короткими импульсами должны иметь малые емкости и тонкую базу. Как правило, это маломощные дрейфовые транзисторы (см. Э 6.7). Чтобы быстрее рассасывался заряд, накапливающийся в базе, добавляют в небольшом количестве примеси, способствующие быстрой рекомбинации накопленных носителей (например, золото).

6.5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРИБОРАМИ Преобразованием частоты является любое ее изменение. Например, при выпрямлении переменный ток с частотой превращается в постоянный ток, у которого частота равна нулю. В генераторах энергия постоянного тока, имеющего частоту, равную нулю, преобразуется в энергию переменного тока нужной частоты. В данном параграфе преобразование частоты рассматривается как превращение колебаний одной частоты, не равной нулю, в колебания другой частоты, также не равной нулю.

К преобразователю частоты, показанному на схеме (рис. 6.!О), подводится переменное напряжение и, с частотой которую нужно преобразовать, и вспомогательное напряжение и, с частотой Гг. Его обычно получают от маломощного генератора, называемого геп!еродином. На выходе преобразователя получается колебание с новой, преобразованной частотой !'„ которую обычно называют оромелсупючпой часгпоп!ой. В качестве преобразователя частоты должен применяться нелинейный прибор.

Характеристики

Список файлов книги