Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / Лекции по АИС до ОУ.doc
Скачиваний:
127
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
1.11 Mб
Скачать

Э бк кк кк э бк

ПТ

И З С П БК

n+ p n+ ð+

n p Э К n

МДПТ

П И З С И З С П(+UИП)

n+ p n+ n p+ p+

Электрические характеристики транзисторов. На примере npn- ИБТ.

Б IK IК = ßNIБ N=f(AЭ)

IБ IЭ IБ IЭ пов.рекомб. оттесн. Э-тока

модуляция rб



IЭ=IЭ0exp(UБЭ/T), UБЭ=Tln(IЭ/IЭ0),

IБ=IБ0exp(UБЭ/nТ),  уравнения Эберса -Молла IЭ

IК=-IЭ=IК0exp(UБЭ/T), IК = NIБ, IК=NIЭ N  1, NN  f.

M, , m=2-4

Для понимания работы ряда схем нужно рассматривать транзистор, как прибор с передаточной проводимостью (IK=f(UБЭ)), т.е. зависимостью выходного тока от входного напряжения.

Определение проводимостей транзистора (иногда определяются как крутизна):

входная динамическая проводимость gЭБ = dIЭ/dUЭБ  IЭ/T = gm ;

передаточная динамическая проводимость gm = dIK/dUБЭ = -IK/T = gm ;

входная динамическая базовая проводимость gБЭ = dIБ/dUБЭ = IБ/nT =

= IK/T= gm/;

выходная динамическая проводимость gКЭ = dIК/dUКЭ =

= (dIК/dIК0)(dIК0/dWБ*)(dWБ*/dUКБ)(dUКБ/dUКЭ) 

 [exp(UБЭ/T)](-IК0/WБ*) (dWБ*/dUКБ)1.

Введем параметр «напряжение Эрли» UA или коэффициент модуляции ширины базы:

1/UA = -(1/WБ*)(dWБ*/dUКБ), величина UA = 100 - 300 В. IK

Теперь выходная проводимость

gКЭ = [IK0exp(UБЭ/T)]/UA = IK/UA. 

-UA

UКЭ

Величина тока коллектора сильно зависит от UБЭ и почти не зависит от UK, слабая зависимость IK=f(UK) проявляется через эффект Эрли (модуляции ширины базы), можно записать:

IК0 = f(WБ*), WБ* = (Wбметаллург.pn - WОПЗ в Б обл.), IК0 = 1/WБ*;

динамическая проводимость коллектора gK = f(gКЭ) = IК/UK.

Обратная величина проводимости – сопротивление, поэтому используют соответствующие определения динамических сопротивлений (примеры для схемы с ОЭ):

входное динамическое базовое сопротивление rвх = 1/gБЭ=/gm;

выходное динамическое сопротивление rКЭ = 1/gКЭ = UА/IК,

величина rКЭ  200 кОм;

входной импеданс для малого сигнала rЭ = 1/gm =T/IK =

=25/1mA при комнатной температуре.

Это собственное сопротивление эмиттера, всегда включенное последовательно в Э-цепи не позволяет выходному сопротивлению транзистора в схеме ЭП стать равным нулю, а коэффициенту усиления в той же схеме - превысить единицу.

Расчет проводимостей транзистора можно вести при помощи следующей схемы:

UK IK

IБ =gmUБЭ/N gmUБЭ Найдем gK=IK/UK:

gКЭ

UБЭ

ZБ ZЭ IЭ=-(IБ+IК)

В идеальном транзисторе gКЭ = 0, IК = gmUКЭ .

В реальном транзисторе по правилам Кирхгофа:

IK = gmUБЭ + gКЭUKUKUКЭ; (х)

UБЭ = UБ - UЭ, так как UБ = - IБ ZБ , UЭ = -IЭZЭ = (IБ +IК)ZЭ, то

UБЭ = -IБZБ - (IБ + IК)ZЭ = -IКZЭ - IБ(ZБ+ZЭ) = -IKZЭ - (gmUБЭ/N)(ZБ+ZЭ).

Решаем последнее уравнение относительно UБЭ:

UБЭ = -IКZЭ/[1+ (gm/N)(ZБ+ZЭ)],

подставим это выражение в (х):

, приведем подобные:

.

Теперь можно найти величину динамической проводимости коллектора как функцию выходной динамической проводимости коллектора:

Подставим определения проводимостей через температурный потенциал и напряжение Эрли:

.

При ZЭ=0 получим результат gK = IK/UA = gКЭ и не зависит от ZБ.

При ZЭ  0 и (IK/T)ZЭ>>N проводимость коллектора будет ограничена величиной

gK  IK/(NUA)  50 нСм,

rK  NUA/IK  20 МОм .

Выходная и передаточная проводимости транзистора пропорциональны току коллектора, поэтому их отношение есть некоторая константа:

gm/gКЭ =(IK/T)/(IK/UA)=UA/Tпри UA=200 В =8000 f(IK).

Таким образом, ток коллектора зависит сильно от входного напряжения, а от выходного почти не зависит, поэтому можно получать очень большие коэффициенты усиления даже на одном транзисторном каскаде, особенно при использовании активных нагрузок.

Используя понятия проводимостей или сопротивлений транзистора, можно построить эквивалентную схему ИБТ. Любая проводимость может быть представлена как

, где i,j - Э, Б, К, П.

Для схемы включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ), где эмиттер - общий электрод для входного и выходного сигнала, получим эквивалентную схему:

Б Б СК K rK K Rнагр К UКЭ

rБ rБЭ СБЭ rКЭ gmUБЭ СКП UКЭ Б

UБЭ

UБЭ Э

Э

Генератор тока коллектора IK= gmUБЭ в терминах крутизны записывается как SUБЭ,

где S = gm = - dIK/dUБЭ  IЭ/T.

Сопротивления rБ и rK – это омические сопротивления тела базы и коллектора соответственно.

Сопротивление динамическое rвхБЭ =nT /IБ NT IЭN  S = N /gm. gm = N/rвхБЭ.

Сопротивление входной цепи rвх =rБ+rвхБЭ.

Сопротивление динамическое rКЭ = 1/gКЭ = UA /IK = f(WБ*).

В выходной цепи на нагрузочном сопротивлении формируется падение напряжения Uвых = IK(Rн+rK)  -gmUБЭRн при малых величинах сопротивления тела коллектора.

Коэффициент усиления на средних частотах AU=Uвых/Uвх= -gmRн = -NRн/rвхБЭ.

AU = IKRн/UБЭ.

Емкости СК и СКП - это распределенные барьерные емкости pn- переходов Б-К и К-П.

Емкость СЭ - это суммарная диффузионная и барьерная емкости перехода Э-Б.

СЭ БЭ 0

Сэбарэдиф rБКЭ) +rК(СКП)

IЭ IЭ

Все параметры эквивалентной схемы должны отражать распределенный характер интегральной структуры, чаще всего используют полуэмпирические коэффициенты, позволяющие уточнить значения сопротивлений и емкостей, а, значит, и токов и потенциалов в транзисторной структуре. Такие полуэмпирические коэффициенты, а также могут зависеть от рабочей точки транзистора.



IЭ тогда, например, СЭ*Э/(1+).

Здесь см. раздаточный материал по модели Джиаколетто.

Частотная зависимость параметров транзистора.

Частотная зависимость коэффициента передачи тока N и усиления тока N в транзисторе, включенном с схеме с ОБ, аппроксимируется функцией однополюсника:

, log, log

где = 2f - называется частота среза , 6 дб/октаву

-3дБ. Здесь параметр уменьшается

в1.4 раза.



T/ T()-3дБ log

Частотная зависимость показана на графике на основании известного соотношения

, а поскольку в ступенчатой транзисторной структуре существует фазовый сдвиг, то его учитывают эмпирическим фазовым множителем

где m  0.4.

Ширина пропускания транзистора - частота Т, при которой коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ становится равным единице (N=1). Можно показать, что

Т = /(1+mN)  /(1+0.4) ,а

= Т/N - частота, при которой начинает снижаться коэффициент усиления.

Величина Т измеряется на базовой клемме при наличии источника сигнала на входе и заземленном по переменному току коллекторе. При этом по эквивалентной схеме получаем

Т = 1/ = N/[rK(CБЭ+CK)]  gКЭ/(CБЭ+CK).

При помощи полученного выражения можно определить величину емкости СБЭ , если известна величина Т на определенном токе IЭ :

. fT Мгц

100 оттеснение Э-тока

10 rБ

СбарБЭ IK мА

Малосигнальная частотная харак- 1

теристика транзистора показывает 0,001 0,01 0,1 1,0 10

снижение частоты на малых токах из-за

барьерной емкости перехода Б-Э, а на больших токах - спад обусловлен, прежде всего, эффектом оттеснения эмиттерного тока и модуляцией проводимости базовой области.

Максимальная частота генерации - определяется, когда усиление по мощности транзистора падает до единицы:

,

обычно fT  400 МГц (Т  2500МГц), а fmax  900 МГц.

Покажем малосигнальные эквивалентные схемы транзисторов для других включений.

ИБТ. ОБ. Э К Rнагр

UЭБ СБЭ rЭБ gmUЭБ rКБ СКБ UКБ

Б

Некоторые соотношения для параметров схемы:

.

Коэффициент усиления напряжения на средних частотах:

AU = Uвых/Uвх = - NRнагр/rвх = gmRнагр.

ИБТ.ОК. Б СБЭ Э

(эмиттерный

повторитель) СКБ rвх gmUБК rвых UКЭ Rнагр

К

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Мы не исправляем ошибки в тексте (почему?), но будем благодарны, если вы все же напишите об ошибках.