Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Для любого линейного четырехполюсннка в качестве положительных берут направления, показанные на рис. 5.37. В соответствии с уравнениями (5.67) и (5.68) транзистор можно представить эквивалентной схемой, показанной на рис, 5,38. Эквивалентная схема транзистора с й-параметрами справедлива для любой схемы включения транзистора. Для схемы с ОБ й-параметрам приписывают индекс б: йпн, Ймб, йз1в и Лаан. Для схемы с ОЭ й-параметры обозначаются через йпз 612ю йзм и Йм,. Строчные индексы б и э применяются для параметров переменного тока, прописные Б и 3 — для параметров в режиме больших сигналов.
Для лучшего понимания Ь-параметров транзистора полезно ознакомиться с возможными схемами нх измерения. На рис. 5.39,а приведена схема для измерения параметра пп„ являющегося входным сопротивлением транзистора для малого переменного напряжения. Все параметры транзистора зависят от б Рис, 3.37. Половсительные направления напряжений и токов чстырехполюсника Рис, 5.33, Эквивалентнан схема транзистора с Ь-парамет- рамн 116 рие, 5.39 Схема иамереиии параметров: а — йи, и ае!в и а!еа " агм режима по постоянному току, поэтому прежде всего для транзистора в схеме устанавливают режим по постоянному току. Например, параметры маломощных транзисторов часто измеряют при напряжении 12к=5 В и токе 1к=! мЛ.
Необходимый 'режим по постоянному току можно установить следующим образом. Возьмем напряжение источника питания 12'„=1О В и включим резистор !х'„=5 кОм, тогда при коллекторном токе хк=! мА постоянное напряжение 12к относительно земли будет равно 5 В, Этого добиваются подбором резистора !гб, сопротивление которого зависит от ли~э, ПРИ Ими= 100 Рб=1 МОм.
Поэтому подбирать его нужно, подключая сопротивления !тб, измеряемые сотнями килоом, а не включая, как это иногда дела. ют, переменное сопротивление, изменяющее свое значение от нуля. Установив нужный режим по постоянному току, подключают звуковой генератор ЗГ и подают с его выхода напряжение !Уь пе превышающее 20 мВ. Частоту измерения обычно берут равной 1 кГИ. Сопротивление ееб, можно взять равным 1 — 2 кОм, но его значение должно быть точно известным, например с точностью ~5%. Измеряя У1 и Уе электронным милливольтметром перемен. ного тока, определяют ток через Рбм который с большой точностью является также и перемеянь|м током базы, так как можно пренебречь ответвлением переменного тока в !Тб. Очевидно, что йиа=ххаи= ~2/уб ° Для измерения параметра Ьем используют ту же схему, но в разрыв между точками А и В включают небольшое сопротивление, например !Т=500 Ом, Электронным милливольтметром переменного тока измеряют напряжение точки В относительно земли и убеждаются в том, что напряжение точки А относительно земли Равно нулю.
Зная падение напряжения на включенном сопротивлении, определяют переменную составляющую коллекторного тока И ВЫЧИСЛЯЮТ Ьеы=!и~уб ° Для измерения 622, и йы, собирают схему, показанную на Рис. 5.39,б. Установив режим по постоянному току, подключают звуковой генератор ЗГ. Устанавливают переменное напряжение !22=1 — 2 В. Измеряя переменные напряжения 12', и Уе и зная !х ., находят переменную составляющую коллекторного тока. Нт Поделив переменную составляющую коллекторного тока на переменное напряжение Уз, получают параметр г1зз,=1„~0з.
Измеряя милливольтметром напряжение Уа, находят А1з,= = и,~и,. б.1О. ГНВРНДНЛЯ П-ОВРЛЗНЛЯ ЭКВНВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ТРАНЗИСТОРА Эквивалентная схема, изображенная на рис. 5.38, получена на основе уравнений, связывающих входные и выходные токи и напряжения. Исходя из физических принципов работы транзистора, описанных выше, можно получить физические эквивалентные схемы транзистора. Одна из таких физических схем для транзистора, включенного по схеме с ОЭ, предложенная Джиаколетто, показана на рис. 5.40.
Ее обычно называют гибридной П-образной эквивалентной схемой. В схеме имеются две базовые точки: точка б, соответствующая внешнему выводу базы, и воображаемая точка 61, находящаяся внутри объемной области базы. Базовый ток течет в основном поперек базы, имеющей в этом направлении очень малое сечение из-за ее малой толщины. Распределенное сопротивление базовому току внутри базовой области называется сопротивлевием базы гс,а.
Оно зависит от удельного сопротивления материала, образующего базу. Сопротивление гя„и емкость С, характеризуют эмиттерпый переход, а сопротивление гз1„и емкость Ся — коллекторный, Сопротивление г„, назьсвается сопротивлением внешней утечки между коллектором и эмиттером. Генератор тока, показанный на схеме, связывает выходной ток с напряжением на эмиттерном переходе. Кроме емкостей, указанных на схеме, транзистор может иметь емкости между внешними выводами. Эти емкости можно объединить с подключаемыми к транзистору внешними элементами и отнести к ним. Поэтому внешние емкости на схеме не показаны. Величины всех элементов гибридной П-образной схемы транзистора можно определить из геометрических размеров и конструкции транзистора.
Но эти величины можно также определить из физических соображений, сопоставляя их с й-параметрами. Известно, например, что коллекторный ток почти равен эмиттерному, который, в свою очередь, определяется напряжением на Рис. 5.40. Гибридная П-образная физическая зкниаалентная схема транзистора с ОЭ 1схема Джиаколетто) 11З ЭМИттЕриОМ ПЕрЕХОдЕ (/б1в. ДИНаМИЧЕСКОЕ СОПрОтИВЛЕНИЕ ЭМИттЕрного перехода Г. (в омах) равно Г,=25/1„где 1,— постоянная составляющая тока эмиттера, мА: Динамическое сопротивление связывает переменную составляющую тока эмиттера 1, с переменным ИанряжЕНИЕМ Убы На ЭМИттЕриОМ ПЕрЕХОдЕ; 1в=(/б1в/Гв. ОтСЮда /к 1»эк к б1*/Гэ=5(/бьк (5.71) причем 8 =1/Г,= 401 2=, (5.72) где 8 — крутизна, мА/В; 12= — постоянная составляющая коллекторного тока, мА, Сопротивление Гб„превышает сопротивление Г, во столько же раз, во сколько эмиттерный или коллекторный ток больше базового.
Отсюда Гб1э = /22!эгэ. (5.73) Сопротивление Гб,б можно определить, сравнивая входные сопротивления схем, представленных на рис. 5.38 и 5.40. На низких частотах влиянием емкостей можно пренебречь и считать, что 82!в= Гбгб+Гб1э, (5.74) откуда Гб~б = йпэ — Гбкв. (5.75) Согласно этому выражению Гбм равно разности двух очень близких величин, поэтому погрешность определения Гбы в соответствии с (5.75) велика. Обычно Гбы определяют другими методами. Например, Гб,б можно измерить как входное сопротивление на достаточной высокой частоте, когда благодаря шунтирующему действию С, можно считать, что )Квх Гб~б. (5.76) В эквивалентной схеме Джнаколетто сопротивлением Гш, учитывается явление модуляции эффективной толщины базы.
Его можно определить, сравнивая коэффициенты обратной связи понапряжению схем, представленных на рис. 5.38 и 5.40, на низких частотах: йсх =Гб~ /Гбии (5.77) откуда Гб1к — Гб1а/й 1 2э = йыэгэ/й ~ 2э. (5.78) Наконец, сравнивая выходные проводимости двух схем, получаем й22в = 1/Гкэ+ й!2кЗ +! ~ (Гб1э+1 б1к) ° (5.?9) Пренебрегая последним членом из-за его малостн, имеем 2кэ кк (/ (822в 312вБ) ° (5.80) На низких частотах при расчетах удобнее пользоваться эквивалентной схемой с низкочастотными и-параметрами.
Достоинством схемы Джиаколетто является то, что ее параметры можно считать не изменяющимися в широкой области частот. На схеме Джнаколетто (см. рис. 5.40) показаны емкости эмиттерного и коллекторного переходов. Эмиттерная емкость С, состоит из двух емкостей: барьерной и диффузионной. Так как эмиттерный переход смещен в прямом направлении, диффузионная емкость больше барьерной и в первом приближении можно считать, что С, определяется в основном диффузионной емкостью. Емкость коллекторного перехода в основном определяется барьерной емкостью, так как коллекторный переход смещен в обратном направлении и диффузионная емкость коллекторного перехода пренебрежимо мала.
Из физической схемы следует, что на частоте /, для которой выполняется равенство ге„= 1/2п/С„ (5.81) составляющие переменного тока базь| в сопротивлении гю, и в ем.- кости С, одинаковы. Следовательно, при постоянстве переменного тока базы напряжение между точками б/ и а, а также ток ЗУеы уменьшаются по модулю в 12 раз по сравнению с напряжением при частоте, когда нет ответвления тока в емкость. Экспериментально измеренная частота, при которой выходной ток транзистора уменьшается по абсолютной величине в )'2 раз по сравнению с током на низких частотах, называется предельной частотой передача тока в схеме с ОЭ и обозначается /ьм,. Согласно (5.73) и (5.81) имеем /имэ= 1/2пйэ~эгэСэ (5.82) Частота, соответствующая равенству сопротивлений г, и С„называется предельной частотой передача тока в схеме с ОБ и обозначается /ьме Она также определяется экспериментально. Нетрудно видеть, что /кто=/ьме/йма.
(5.83) На частоте /км, коэффициент передачи тока пм, уменьшается в )/2 раз, но еще остается большим. Например, при очень низкой частоте /=100 Гц йм. может равняться 50, тогда на частоте /ьтм коэффициент передачи ~йм,~ =35. Дальнейшее повышение частоты ведет к еще большему уменьшению коэффициента передачи тока, так как при неизменной переменной составляющей тока базы напряжение на емкости С, уменьшается.
При достаточно высокой частоте почти весь ток базы проходит через емкость С, и создаст на ней напряжение ((/еь,! =/е(1/ыС,). (5.84) При некоторой достаточно высокой частоте /,р коэффициент передачи уменьшится настолько, что ток на выходе транзистора 1ЗО станет равным току базы. Эту частоту можно найти из равенства о (1/шар Сз) /и = /вз (5.85) откуда /,я=5/2пС, 1(2нг,С,. (5.86), Частота /зр называется граничной частотой передачи тока транзистора.
Из выражений (5,82) — (5.86) видно, что частота /,р совпадает с частотой /ьзш. На самом же деле определенная экспериментально частота /.р не совпадает с экспериментально определенной частотой /лмв, но близка к ней, Например, у бездрейфовых транзисторов /ьз1в=1,2/з„, а у дрейфовых /ваш=1,6/гя Экспериментально частота /,р всегда определяется экстраполяцией, которая производится на следующем основании. В соответствии с эквивалентной схемой Джиаколетто прямой коэффициент передачи переменного тока на некоторой частоте / /змз=/1ымоз/(1+1///ьыа), (5.87) где Ьшмо1 — коэффициент передачи переменного тока на очень низ- ких частотах. При ///Ь21з)) 1 '(5.88) 1йз1з! =(ти соАЬзы//) =/зИ.
'(5.89) Отсюда, если выполняется условие (5.88), /ар= (/1зм~/язм (5.90) где /„,„— частота, на которой измерен модуль )йзы~, Поэтому для определения /,р измеряют модуль коэффициента передачи (йзы~ на достаточно высокой частоте', когда он падает до нескольких единиц, а затем определяют /,р нз (5.90). Пример. Высокочастотный транзистор ГТ313Б на частоте / . =100 МГц имеет (аз1,1=5. Согласно (5.00) /,р-— -500 МГц. Лучшие транзисторы, выпу- скаемые в настоящее время, имеют /ся на порядок больше. Обычно выражение (5.86) используют для определения емкости эмиттерного перехода С, по известной частоте /,р, найденной по результатам измерений или взятой из справочника: С = 1(2п/грг~, Емкость коллекторного перехода определяют экспериментально или берут из справочника. У высокочастотных транзисторов емкость С„оказывается равной 0,15 — 2 пФ, а в новых интегральных микросхемах ее значение доходит до 0,08 пФ.
' В соответствии с ГОСТ 18604.25-81 частота измерения выбирается нз Ряда: 0,1; 0,3; 1,0; 3,0; 10,0; 30,0; !00 МГц. 121 Как указывалось выше, емкость коллекторного перехода С„- является барьерной емкостью и зависит от напряжения на кол-'.' лекторе, Одпвм из параметров транзистора является максимальная частота гене. ' радин. При очень высокой частоте в соответствии со схемой, представленной на рис. 5.40, входное сопротивление транзистора /1,«жгз,з, (5.9!) .";.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
