Разделы


Рекомендуем
Автоматическая электрика  Распространение радиоволн 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 [ 112 ] 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183

предпочитают применять модификацию Т-об-)азной схемы, показанную на рис. 9-59, д. Два элемента этой схемы (Гэ и Ге) сохраняют прежние значения, а два других с хорошим приближением выражаются простыми соотношениями:

Гк.э (1-а)гк 250 (9-129)

- сопротивление коллектора в схеме с общим эмиттером;

(9-130)

- коэффициент передачи генератора тока.

П-образная схема чще используется применительно к транзистору, включенному по схеме с общим эмиттером, и тогда ее элементы приобретают следующие названия и обозначения (рис. 9-60, в):

8б.э=У11эо + У12эо~ Уиэо (9-131)

- проводимость база - эмиттер;

gK.6 = -йгэо (9-132)

- проводимость коллектор - база;

§к.э = г/22 э о + 12 э о (9-133)

- проводимость коллектор - эмиттер;

S = J/2I э о - г/12 э о и 21 эо (9-134)

-крутизна или проводимость передачи генератора тока.

Во всех приведенных выражениях дополнительный индекс О у г- и (/-параметров обозначает низкочастотное значение параметра.

Применение Т- и П-образных едем замещения в области высоких частот возможно при замене вещественных параметров комплексными частотно-зависимыми величинами, которые рассчитываются на основании 2- и (/-параметров, соответствующих рабочей частоте каскада.

В связи с формальным характером построения схем замещения их элементы не следует отождествлять с сопротивлениями физических элементов структуры транзистора (например, сопротивление базы ге не является сопротивлением базового слоя полупроводника) .

Моделирующие схемы чаще всего применяются для отображения частотных зависимостей электрических характеристик транзистора. Они позволяют аналитически выразить частотные зависимости всех параметров эквивалентного четырехполюсника, иллюстрируют механизм формирования этих зависимостей и представляют собой удобную форму передачи информации о частотных свойствах транзистора.

Существует большое количество различных по сложности моделирующих схем. Выбор той или иной схемы зависит не только от типа транзистора,- но и от решаемой задачи и в первую очередь от необходимой точности расчетов.

Моделирующая эквивалентная схема образуется путем объединения эквивалентной схемы теоретической модели процессов движения носителей тока в области базы с электрическими эквивалентами пассивных элементов конструкции транзистора.

Интерпретация теоретической модели обычно основывается на решениях уравнения непрерывности для одномерного случая (стр. 405) и в наиболее общем виде может состоять в представлении ОТМ в виде эквивалентного четырехполюсника.

Так, из сопоставления уравнений (9-67) и (9-68) для плотностей переменных составляющих эмиттерного и коллекторного тока с системой уравнений (9-88) для /-параметров, учитывая принятые для четырехполюсников направления токов (рис. 9-56), получают теоретические выражения /-параметров ОТМ диффузионного (бездрейфового) транзистора:

г/ц = G е cth 6;

12 = -- Gecshe; Л

= - ее csh 6;

22 = --cecth е, л

(9-135)

эо>

(9-136) (9-137)

в=-1/1+/шт / h /f

а величина х, отражающая эффект Эрли, примерно составляет:

1 dw

К числу пассивных элементов конструкции транзистора прежде всего относятся

0-) ОТМ

э эл

=3-0

Рис. 9-61. Учет барьерных емкостей р-п переходов и распределенного сопротивления области базы. ОТМ - одномерная теоретическая модель.

барьерная емкость коллекторного перехода Ск и распределенное сопротивление области базы Гб (рис. 9-61, а), влияние которых бывает заметным уже на частотах в десятки килогерц. Более строго учесть барьерные



емкости обоих р-п переходов транзистора, а также распределенный характер сопротивления базы позволяет схема, приведенная на рис. 9-61,6. Такая модификация существенно повышает точность схемы на высоких частотах, обычно выше (0,2-0,3) но сильно усложняет расчеты и используется большей частью для анализа.

При больших токах сильно увеличиваются проводимости между зажимами ОТМ, из-за чего возрастает влияние распределенных сопротивлений эмиттерной и коллекторной областей (Гэ.о и Гк.о на рис. 9-61,6). Особенно велико (десятки ом) бывает сопротивление Гк.о у транзисторов с высокоомной областью коллектора (диффузионная технология), и с наличием этого сопротивления приходится считаться при проектировании некоторых схем СВЧ диапазона, поскольку оно отделяет емкость Ск коллекторного перехода от цепи внешней нагрузки.

На частотах 100 Мгц и выше начинают влиять все конструктивные емкости и индуктивности выводов транзистора, которые отражаются схемой типа показанной иа рис. 9-62. Однако практические расчеты по такой схеме чрезвычайно громоздок и выполняются большей частью на электрош1ых вычислительных машинах. <

Для практических расчетов удобны эквивалентные схемы, в которых ОТМ представлена не в виде четырехполюсыика, как на рис. 9-61 и 9-62, а с помощью моделирующей схемы, состоящей из сосредоточенных элементов, параметры которых по возмож-

-----II-----


Рис. 9-62. Моделирующая схема для области СВЧ.

НОСТИ не зависят от частоты. Все такие схемы являются приближенными, поскольку характеристики ОТМ выражаются гиперболическими функциями (9-135), которые точно моделируются лишь с помощью длинных линий.

Моделирующие схемы диффузионных (бездрейфовых) транзисторов. Ниже приводятся наиболее распространенные моделирующие схемы транзисторов, у которых

перенос носителей в области базы описывается диффузионной моделью (см. стр. 405). Эти схемы более или менее полно отражают как процессы в ОТМ, так и пассивные элементы конструкции транзистора, которые были описаны выше.

Т-образная низкочастотная схема (рис. 9-63) по конфигурации аналогична Т-образ-


Рис. 9-63. Т-образная низкочастотная-моделирующая схема.

НОЙ низкочастотной схеме замещения (рис, 9-59, г). Однако ее элементы определяются из физических предпосылок и приближенно могут быть найдены с помощью теоретических выражений:

, 25

203 а = Оо,

(9-139)

(9-140)

где /э - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Для учета внутренней обратной связи, обусловленной эффектом Эрли, в эту схему вводится генератор напряжения {Хэ-кУк, коэффициент пропорциональности которого-равен

Ь.к = . (9-141>

Однако при невысоких коэффициентах усиления каскада по напряжению (до 100) роль генератора [гэ.к1Ук несущественна.

При больших нагрузочных сопротивлениях на верхних частотах звукового диапазона может сказываться шунтирующее действие емкости коллекторного р-п перехода Ск, которую при необходимости считают включенной параллельно сопротивлению

Среднечастотная схема ( рис. 9-64) хорошо отражает свойства транзистора в широкой полосе частот вплоть до 0,3.Наряду

с элементами / g , г и С, сохраняющими те же значения, что и -в низкочастотной схеме (рис. 9-63), здесь появляется диффузионное сопротивление (ге.д, Се.д), имитти-рующее частотно-зависимую обратную связь, обусловленную эффектом Эрли (вместо ге-



нератора [гэ-кк на рис. 9-63). Новые элементы схемы описываются следующими приближенными соотношениями:

(9-142)

б.д =

-б.д =

2

1 -Оо

Тэфф .

(9-143)

(9-144) (9-145)

б-д а = ао.

Высокочастотная Т-образная схема (рис. 9-65) применяется для расчета каскадов, работающих на частотах выше 5 f р . Здесь


Рис. 9-64. Среднечастот-ная Т-образная эквивалентная схема бездрейфового транзистора.


Рис. 9-65. Высокочастотная Т-образная эквивалентная схема транзистора.

С ПОМОЩЬЮ ЭТОЙ схемы можно рассчитать граничную частоту коэффициента переноса /п по измеренным значениям граничной частоты коэффициента усиления по току и элементов /-g и С. Воспользовавшись формулами (9-116) и (9-117) при условии fg fa получим:

(9-147)

Т-образная схема с общим эмиттером (рис. 9-66) по своей структуре сходна с высокочастотной схемой для включения с общей базой (рис. 9-65). Однако удовле-. творительная точность расчетов в широкой полосе частот (примерно до 0,3/ ) достигается при условии, что трем элементам этой схемы приписываются частотно-зависимые комплексные значения:


Ск.э = Ск(1+6);

(9-148)

(9-149) (9-150)

1+Ь /

где Ьо~Ро. -

При этом элементы Гк.э и Ск.э проявляют свойства комплексных сопротивлений.

Приписывая параметру b низкочастотное вещественное значение fco. схему (рис. 9-66) можно применять только для

диффузионная обратная связь и сопротивление теряют свое значение и из схемы исключены, зато генератор выходного тока а/э становится частотно-зависимым. Обычно для коэффициента а применяют приближенное выражение

1 + /

(9-146)

которое приводит к погрешности фазы выходного тока до 12° на частоте f. Уменьшить эту погрешность позволяет использование для а выражения (9-79).

Рис. 9-66. Т-образная моделирующая схема для включения с общим эмиттером.

расчета низкочастотных схем, работающих на частотах ниже .

Смеишнная П-образная схема (рис. 9-67) представляет собой наиболее распространенный вариант широкополосной моделирующей схемы для включения с общим эмиттером. Обычно она хорошо описывает внешние свойства транзистора в полосе частот до (0,5-0,7) , гарантируя точность расчетов не хуже 307о, если ее элементы найдены экспериментально.




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 [ 112 ] 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183

Яндекс.Метрика
© 2010 KinteRun.ru автоматическая электрика
Копирование материалов разрешено при наличии активной ссылки.