10.2.4. Модель биполярного свч-транзистора

Под моделью транзистора понимается вся совокупность сведений о нем, используемых в расчете. Составными частями модели явля­ются эквивалентная схема с набором ее параметров и их зависимо­стями от режима и набор предельно допустимых параметров режима.

В эквивалентной схеме для БТ СВЧ, работающего в режиме с отсечкой тока в сильно нелинейной области, должны быть учтены зависимости элементов схемы от токов и напряжений. Наиболее аккуратно это делается в эквивалентных схемах с плавными зависи­мостями (например, в схеме Гуммеля—Пуна и ее модификациях). Однако такие схемы из-за математических трудностей могут быть использованы лишь для компьютерных программ.

Для аналитиче­ского решения пригодны полигональные или кусочно-линейные модели (см. § 2.5), основанные на разбиении режима транзистора на области, в каждой из которых элементы схемы остаются постоян­ными, т. е. не зависят от мгновенных токов и напряжений.

Например, широко используется модель, в которой транзистор поочередно оказывается в активной области и в области отсечки. При Этом «кристаллическая» часть транзистора представляется линеари­зованной схемой Джиаколетто для активной области. В пассивной области параметры С_д и S_n полагаются равными нулю, а сопротивление рекомбинации — бесконечности. Затем составляются линей­ные дифференциальные уравнения для каждой области и решаются путем «сшивания» на границах областей.

В результате удается полу­чить сравнительно простые аналитические выражения для процессов в модели БТ СВЧ, хорошо отображающие основные закономерности и свойства схем. Точность оказывается достаточной для многих прак­тических задач, а число параметров модели гораздо меньше, чем в модели Гуммеля—Пуна.

Еще более линеаризованная эквивалентная схема Притчарда, в которой емкость эмиттерного перехода усреднена за период, приво­дится в справочниках для многих отечественных мощных БТ СВЧ.

Кроме указанных выше высокочастотных параметров, в ТУ и справочниках приводятся предельно допустимые токи, напряжения, мощности рассеяния. В этом случае также есть некоторая неопреде­ленность, которую изготовителю трудно преодолеть. Например, допустимое напряжение на переходах. Указывается обычно допусти­мое постоянное

напряжение при переменном напряжении, равном нулю. Например, для транзистора типа КТ919 рекомендуется напря­жение питания 28 В, а предельно допустимое постоянное напряже­ние равно 45 В. Допустима ли

работа с амплитудой 23 В, т. е. с пико­вым напряжением 51В? Неизвестно. Трудность состоит в том, что кратковременно транзистор выдерживает пиковые напряжения, превы­шающие постоянные пробивные, но значение пиковых напряжений, вызывающих пробой перехода, зависит от рабочей частоты и других факторов. В подобных случаях иногда приходится официально согла­совывать допустимость режима с изготовителем транзистора.

Даже с учетом приводимых в ТУ и справочниках дополнительных данных, отмечаемых обычно знаком «*» (звездочка), всех указанных сведений бывает недостаточно для расчета по известным инженерным методикам, поскольку могут потребоваться параметры модели тран­зистора, отсутствующие в ТУ. Их отсутствие нельзя поставить в упрек изготовителям транзисторов и составителям ТУ и справочников, так как это следствие высокой сложности свойств самого объекта — БТ СВЧ.

Достаточно сказать, что разработчики в принципе могут назвать несколько сотен параметров БТ, но даже существующие компьютер­ные программы моделирования используют лишь около 10 % этого количества.

Дело не столько в ограниченных программных возмож­ностях компьютера, сколько в трудностях обеспечения исходных дан­ных: нужно было бы выполнить громадный объем измерений по каж­дому типу транзистора в множестве режимов на разных частотах, при разных напряжениях, разных температурах, с учетом разброса параметров от экземпляра к экземпляру.

Однако опытный разработчик СВЧ-аппаратуры может «рекон­струировать» косвенными путями недостающие параметры модели БТ СВЧ и выполнить с приемлемой точностью расчет, используя 12.. .20 параметров модели в зависимости от типа БТ.