6.3. Измерение параметров биполярных и униполярных транзисторов

Поведение транзисторов в электронных устройствах определяется их свойствами, которые можно представить различными системами характеристик и параметров.

Расчет транзисторных схем возможен, если известны определенные параметры, наиболее полно характеризующие транзистор как элемент электрической цепи. К таким параметрам предъявляют следующие требования: удобство расчета схем на транзисторах, возможность из­мерения в широком диапазоне частот с заданной погрешностью, про­стота методики измерения.

Широко распространена методика представления транзистора в виде четырехполюсника, который описывается несколькими систе­мами уравнений. В настоящее время в практике измерений широко распространена так называемая система h-параметров транзистора. Она реализуется в том случае, если при снятии семейства статических характеристик транзистора рассматривать входное напряжение и силу выходного тока как функции выходного напряжения и силу входного тока.

Применительно к схеме включения биполярного транзистора

с общей базой, которую чаще используют для этого семейства харак­теристик, можно записать:

U_эб = h₁₁I + h₁₂U_кб;

I_э = h₂₁I_э + h₂₂U_кб , (6.4)

где I_э — ток эмиттера

h₁₁ — входное сопротивление;

h₁₂ — коэффициент обратной связи;

h₂₁ — статический коэффициент передачи тока;

h₂₂ — выходная проводимость.

Учитывая, что h-параметры имеют разную размерность, получен­ную систему часто называют системой смешанных параметров. Из­мерение смешанных параметров является основным и характеризует свойства конкретного транзистора в одной рабочей точке. Свойства транзистора во всем диапазоне изменения напряжений и токов, воз­можных для данного прибора, отображаются семейством статических ВАХ, дающих представление о поведении транзистора при различных сочетаниях токов и напряжений.

На основании построенного семейства характеристик можно опре­делить основные параметры транзистора в любой рабочей точке.

Снятие ВАХ по точкам обеспечивает сравнительно малую погреш­ность измерений (5...10%), но является весьма трудоемким процессом. Кроме того, длительное нахождение транзистора под током приводит к его нагреву и неизбежному изменению параметров в ходе измерения. Указанные недостатки отсутствуют у характериографов, позво­ляющих в короткое время получить ВАХ и оценить транзистор при практически неизменной температуре р-n-перехода, что исключает по­грешности, обусловленные изменением параметров транзистора.

Недостатками получения ВАХ с помощью характериографов (по сравнению со снятием ВАХ по точкам) являются сложность приме­няемой аппаратуры и сравнительно большая погрешность измерений (15...20%). Однако в подавляющем большинстве случаев эта погреш­ность допустима.

Наилучшие результаты при измерении параметров транзисто­ров дают специальные испытатели (Л2 по каталоговой классифика­ции отечественных измерительных приборов), позволяющие быстро и с малой погрешностью измерить основные параметры транзистора:

В отличие от биполярного транзистора униполярный (полевой) транзистор управляется не током, а напряжением. Его особенностью является высокое входное сопротивление, которое в зависимости от тока транзистора колеблется в пределах 6... 15 Ом.

Основой полевого транзистора является пластина полупроводника р-типа, ограниченная на концах металлическими контактами. С двух противоположных сторон в эту пластину введены примеси n-типа, соединенные между собой и образующие один электрод — затвор. Два других электрода образуют металлические контакты — исток и сток.

Если накоротко соединить затвор с истоком, подключив к истоку «+» источника питания, а к стоку «-», то по цепи потечет ток I_c. При увеличении напряжения U_c, приложенного к стоку, увеличивается сила тока I_c. При достижении напряжения определенного значения U_{c нас} (напряжения насыщения) ток стока I_с достигает значения I_{c нас} (мак­симальный ток стока, или ток насыщения) и перестает увеличиваться. Если к затвору подключить «+», а к истоку «-» источника смещения U_з , то насыщение будет происходить при меньшем значении U_c.

Частотные свойства полевых транзисторов определяются главным образом межэлектродными емкостями транзистора.

Измерение параметров полевых транзисторов быстро и качествен­но с допустимой погрешностью выполняют специальными испытате­лями (группа Л2), позволяющими измерять ток утечки I_ут , ток стока I_ст , напряжение затвора U_з , входную, выходную и проходную емкости (С_св , С_вых , С_прох) и некоторые другие параметры с погрешностью 5... 15%.