4. Контрольные вопросы

4.1 Какие граничные частоты мощной ГЛ вам известны? 4.2 Дайте понятие колебательной мощности РПДУ 4.3 Дайте понятие Радоп ? 4.4 Перечислите основные междуэлектродные емкости триодов, пентодов, тетродов 4.5 Охарактеризуйте допустимые мощности Рсдоп и Рэдоп. 4.6 Охарактеризуйте ток эмиссии катода? 4.7 Дайте понятие напряжению Еаном? 4.8 Поясните ход входных, проходных выходных характеристик ГЛ.

5. Глоссарий

5.1Динамическая характеристика 5.2 Статическая характеристика 5.3 Мощная генераторная лампа 5.4 Граничные частоты 5.5 Мощности рассеяния 5.6 Междуэлектродные емкости ГЛ

Static characteristic Powerful generator lamp Boundary frequencies Power scattering

6. Литература

Основная 6.1 О.Л. Муравьев стр. 17-28 6.2 В.И. Хиленко стр. 159-164

Дополнительная

Лекция 6

Мощные биполярные транзисторы Классификация транзисторов.

Биполярные транзи­сторы (БТ) представляют собой самую распространенную группу полупроводниковых приборов, используемых в технике РИДУ. В отличие от ГЛ, они управляются не напряжением, а изменением заряда неосновных носителей, инжектированных в область базы, поэтому БТ часто называют «токо­вым прибором». Работа БТ связана с перемещением как основ­ных, так и неосновных носителей заряда кристалла, что дает ос­нование называть такие транзисторы биполярными. Для техники РПДУ чаще применяют кремниевые БТ достаточно большой мощности с гранич­ными частотами, относящимися к диапазонам ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ.

П ри конструировании генераторных БТ особое внимание уделяется уменьшению собственных индуктивностей вводов. Последние изготовляются в виде коротких стержней, лент (полосок), а иногда выполняются и коаксиаль-ными. Проволочные вводы обла­дают погонной индуктивностью, примерно равной ,1,2. 1,4 Х10^-6 Гн/м, стержневые - в 1,3, а ленточные - в 3...5 раз меньшей, чем проволочные.

Статические характеристики и параметры биполярных транзисторов.

В отличие от ГЛ_ статические характеристики БТ, приводимые в справочниках, выражают зави­симость токов от.напряжений на электродах прибора только для области малых частот (ОМЧ). Для схемы с общим эмит­тером выходные характеристики БТ (рис. 2.13,а) по внешнему виду аналогичны соответствующему семейству характеристик мощ­ного лампового триода, но параметром является ток базы i_б, а не напряжение управляющего электрода. Здесь также можно выде­лить области HP и ПР, разделяемые линией критического режима (ЛКР). Применительно к транзистору первую из них называют активной областью, а- вторую — областью насыщения. Помимо этого, различают области отсечки и пробоя (при лавинообразном умножении носителей тока). Существенно более «правыми», чем у ГЛ, являются проходные статические характеристики БТ (см. рис. 2.13,6). Ток эмиттера iэ возникает при некотором начальном напряжении на базе Енач=0,3 В для германиевых БТ и 0,7 В для кремниевых. Отметим, что в отличие от ГЛ при работе БТ в области HP всегда имеет место базовый ток. Используя статические характеристики БТ, можно определить ряд низкочастотных параметров:

а) электрические основные: статический коэффициент передачи тока базы βо, модуль усиления тока базы I _βизм при некоторой частоте f_изм; постоянная времени цепи, обратной связи τ_к = rбСк.а; общая емкость коллектора Ск = Ск,а + Скп;

б) предельные: импульс коллекторного тока iк.доп, напряжение между коллектором и эмиттером . екэ.доп; коллектором и базой екб.доп и базой и эмиттером ебэ.доп. , мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк.доп).

Эквивалентная схема генераторного БТ:

Ф изи­ческие процессы, происходящие в генераторном БТ, можно опи­сать с помощью эквивалентной схемы транзистора, так называе­мой схемой Джиаколетто, дополненной индуктивностями вводов Lб, Lэ и LK (рис. 2.14,а). Она достаточно хорошо иллюстрирует работу генераторного БТ в большом интервале частот при боль­ших и умеренных уровнях усиливаемого колебания.

Основной физический процесс - усиление входного сигнала - отображается здесь эквивалентным генератором тока SпUп. Комплексный характер крутизны перехода Sп учитывает инерционные свойства БТ, ука­зывая на отставание тока Iг от напряжения на переходе Uп на фазовый угол ψ = -2πτ_п. Параметр тп назовем постоянной, вре­мени пролета, которая для дрейфовых, транзисторов может при­близительно быть определена через одну из граничных частот fТ по формуле τп = 4,44-10-3/fт. Модуль крутизны перехода для любого БТ с достаточной для технических расчетов точностью, исходя из физических свойств р-п перехода, Sп =Iко/φТ, где Iко - постоянная составляющая коллекторного тока БТ; φТ = kT/q - температурный потенциал, выражаемый через заряд электрона q=1,6-10-19 [Кл], постоянную Больцмана k=1,38 x 10^-23[Дж/К] и абсолютную температуру Т[К]. После подстановки в (2.3) физических констант имеем :

φТ =8,62х10^-5Т [В/К] и Sn =l,I6х104/IK0/(273 +t₀).

Таким образом, любой БТ, независимо от типа проводимости, ма­териала полупроводника, технологии изготовления, выходной мощ­ности и других особенностей, имеет вполне определенную крутиз­ну коллекторного перехода, зависящую только от постоянной со­ставляющей тока коллектора и абсолютной температуры пере­хода.

Сопротивление r_β учитывает потери, связанные с рекомбинацией основных и неосновных носителей заряда в области базы, а также основных носителей, поступающих в нее через эмиттерный переход. Величина r_β, по су­ществу, определяется уровнем инжекции носителей зарядов из эмиттера в базу. Объемное сопротивление базы r_б, учитываемое также моделью БТ (см. рис. 2.14,а), может быть вычислено по известным из пас­порта параметрами τ_к и Ск: r_б = Кс·τ_к/С_К, где Кс=Ск/Ск.а — коэффициент разделения обобщенной емкости коллектора; у эпитаксиально - планарных маломощных БТ Кс=2, а у мощных Кс=3...5. Сопротивлением rэ обладают только многоэмиттерные БТ. Если величина rэ не указывается в справочнике, то ориентировочно можно принять r_э=r_б/(1+ βо)

Частотные зависимости параметров БТ.

Инер­ционные свойства БТ, в отличие от этих свойств ГЛ, проявляются уже на сравнительно низких частотах и могут быть охарактеризо­ваны с помощью целого ряда граничных частот (f_T, f_β, fs и др.), присущих данному типу прибора. Наиболее важной из них явля­ется частота транзита fт. В справочниках обычно указывается величина |βизм|, измеренная на некоторой достаточно большой частоте fизм, где β уменьшается до значений (0,1 ...0,2) β₀. Это позволяет рассчитать «частоту транзита» f_T = Iβизм I · fизм. Вторая граничная частота БТ f_β характеризует уменьшение величины βо в V2 раз (на 3 дБ):

IβI= β₀/V1+(f/fβ). Нетрудно видеть, что на достаточно высоких частотах выражение можно представить в виде IβI= β₀f_β/f. Сопоставляя (2.11) и (2.8), можно прийти к выводу, что величина граничной частоты по коэффициенту передачи тока fβ = fт/βо. Третья граничная частота (по крутизне S) βs определяется исходя из условия: |S|=S₀ / V1+(f/fs)2 т. е. она характеризует уменьшение крутизны в V 2 раз. Можно показать, что все три граничные частоты взаимосвя­заны: f_T = βо / f_β = -So r₆ х_и fs, где х_и = 1 + ωТ, L3/r₆).

2. Задание на СРС (Л.1 стр. 159-160) 2.1 Сколько граничных частот есть у транзистора? 2.Как можно рассчитать индуктивности вводов транзистора? 2.3 На каких частотах проявляются инерционные свойства транзисторов? 2.4 Что такое граничная частота по крутизне? 2.5 Что такое граничная частота по коэффициенту усиления? 2.6 Что такое частота транзита?

3.Задание на СРСП. 3.1Начертить распределение граничных частот мощного БТ, пояснить 3.2Выписать по указанию преподавателя предельные и основные параметры мощного БТ. 3.3Произвести для выбранного БТ расчет граничных частот.