Главная Отечественные полупроводниковые аналоги



Значения тепловых постояешых времени переход - корпус (xthje) и корпус- среда tthca используются для расчета теплового режима приборов-в динамическом режиме и характеризуют скорость нарастания температуры отдельных участков объема полупроводникового прибора, когда температура перехода значительно изменяется за период действия импульсной мощности. Значение Xihsc определяется по переходным тепловым характеристикам нагревания или остывания приборов и зависит от типа материала и конструкции приборов. Величина xtuca зависит от способа отвода тепла от прибора, а Xth]a характеризует время установления теплового режима диодов и транзисторов без теплоотвода.

Значения теплоемкостей Cihje н Сасп необходимы прн определении тепловых режимов в случае работы приборов прн малых длительностях импульсов. Они определяются экспериментально.

Для приборов средней и большой мощности, используемых с радиатором, обычно оговаривается предельная температура корпуса прибора.

Для зарубежных приборов часто указывается макси-мальная температура-хранения Tsig, которая является предельной температурой перехода даннога прибора.

2.4. Коэффициент усиления тока

Коэффициент усиления А2]э транзисторов зависит от тока коллектора (эмиттера); с увеличением токов /«(/») он сначала возрастает, а затем, уменьшается. В зависимости от технологии изготовления максимум кривой /г21==ф(/в) может быть резким или размытым. Например, у меза-транзисто-ров максимум этой кривой достигается при токах на 1-2 порядка больших, чем у сплавных транзисторов. После прохождения максимума значе1ше />21э уменьшается приблизительно обратно пропорционально значению 7а. В мощных транзисторах этот спад происходит более резко, чем в чало-мощных. Особенно резкий спад происходит у сплавных кремниевых р-п-р-транзисторов (из-за физико-технологических причин). Поэтому такие транзисторы не удалось создать на большие рабочие токи.

У сплавных приборов Й2)э растет с увеличением напряжения на коллекторе; у диффузионных приборов обычно Лг1э слабо зависит от Uk (эта зависимость наблюдается лишь прн малых значення.х напряжений на коллекторе). С ростом температуры величина кц» обычно возрастает,

2,5, Емкости переходов и постоянная времени коллектора

Емкости переходов влияют на частотные и импульсные характеристики полупроводниковых приборов. Обычно в технических условиях на прибор даются зависимости значений емкостей от напряжении, приложенных к переходам; с увеличением напряжения емкость нелинейно уменьшается. Емкость Си определяется измерением выходной емкости Сагэ с последующим вычитанием паразитной емкости ножки корпуса.

Параметр Хк=гйСк характеризует внутрег[нюю обратную связь в транзисторе и определяет максимальную частоту генерации и коэффициент усиления по мощности на высокой частоте. Кроме того, чем меньше его значение, тем выше стабильность работы транзистора в усилителе. По значениям Тк и-Ск можно определить сопротивление базы, необходимое для расчета схем.

2.6. Шумы транзисторов

Собственные шумы транзисторов ограничивают чувствительность усилителей. Их нсточ[!Иками являются тепловые шумы, дробовые шумы эмиттерного и коллекторного переходов, избыточные шумы, шумы случайного перераспределения тока эмиттера между коллектором и базой.

Тепловые шумы транзистора практически определяются омическим сопротивлением базовой области. Дробовые шумы обусловлены флуктуациямн носителей заряда через прибор (прн прохождении тока через эмиттериый я коллекторный переходы).

2-136 17



Избыточные шумы (фликкер-шзмы) - специфические шумы, возникают вследствие изменения состояния поверхности кристалла полупроводника во времени. Они пропорциональны протекающему току и проявляются на низких частотах: в диапазоне звуковых н инфранизкнх частот. Значения избыточных шумов могут сильно колебаться даже для транзисторов одного типа, так как зависят от факторов, связанных с технологией. Избыточные шумы больше у ПР-п транзисторов, чем у р-л-р транзисторов. Транзисторы с большими H.1H нестабильными значениями/]{;5о имеют повышенные избыточные

шумы. С ростом рабочей частоты доля избыточных шумов уменьшается я шумы транзисторов определяются в основном дробовыми н тепловыми составляющими.

Шумовые свойства транзистора характеризуются чаще всего коэффициентом шума, который определяется экспериментально или рассчитывается на основе анализа отдельных источников шумов. Рассчитать точно коэффициент шума для области избыточных шумов невозможно, поэтому его определяют экспериментально.

Коэффициент шума является сложной функцией многих переменных: полного сопротивления источника сигнала, параметров режима, параметров

транзисторов (Asia, кбс ! /sia, jg, гэ) и рабочей частоты. Зависимость

Кш от частоты имеет три характерных участка-

низких частот (Km уменьшается пропорционально 1 ); средних частот {Km не зависиг от частоты);

высоких частот (при f>/rp усиление резко уменьшается и шумы возрастают)

Эти участки обусловлены тем, что на различных частотах шумы генерируются различными источниками шумов. Прн заданном токе 1» и сопротивлении генератора /?г имеется область частот, как уже отмечалось, где Km не зависит от частоты (область белого шума).

Следует отметить, то уровень низкочастотных шумов, пропорциональных 1 , используется для распознавания разных дефектов в транзисторах, в частности трещин и нарушений целостности кристалла, наличия загрязнений поверхности, которые могут привести к отказам прнборов.

Минимальное значение Кш достигается прн определенном значении тока /к. Увеличение Km при росте /н происходит медленно прн малых значениях /к. При больших токах Кш растет почти пропорционально 1к. С ростом Uk (в пределах 1-10 В) значение Кш почти не меняется, пока избыточные шумы малы по сравнению с дробовыми и тепловыми. Б дальнейшем из-за увеличения избыточных шумов Лш возрастает. Таким образом, для того, чтобы свести шумы к минимуму, выбирают оптимальный режим работы транзистора.

На средних и высоких частотах минимальный Кш будут иметь транзисторы с малыми значениями гс и / кбо " высокими значениями ha и

Измерения параметра Km производятся обычно при некотором стандартном значении Rt. Отметим, что коэффициент шума растет с ростом температуры. *

2,7. Параметры четырехполюсника

Для анализа работы транзистора в усилительном режиме используются метод эквивалентных схем замещения и метод четырехполюсника. Для первого метода основные расчетные соотношения схемы усилителя выражаются через параметры, отражающие физические процессы в транзисторе (диффузия, модуляция ширины запирающего слоя, заридные емкости, последовательные сопротивления н др.), с учетом особенностей конструкции, паразитных емкостей н индуктивностей выводов для рабочего интервала частот. Для различных областей применения и диапазонов рабочих частот эти схемы вн-доизмеяиются. В зависимости от расположения пассивных элементов получаются Т- и П-образные схемы замещения.



Метод четырехполюсника позволяет производить расчет усилителя с помощью матриц без составления эквивалентной схемы транзистора. Параметрь» четырехполюсника, характеризующие усилительные свойства транзистора,, определяются при этом экспериментально. В отличие от параметров схем замещения они зависят от схемы включения Существуют три системы параметров, однозначно определяющие свойства транзнсторов: z-. А- и У-параметры. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Выбор той или иной системы параметров определяется удобством анализа н расчета каждой конкретной схемы.

Для расчета низкочастотных схем наибольшее распространение получили

г- и ft-параметры, для расчета высокочастотных схем-У- и s-параметры.

Для устранения нестабильности работы транзисторов в усилительном режиме, связанной с внутренней обратной связью, используются схемные методы нейтрализации и демпфирования входных и выходных проводимостей. С помощью внешних схемных элементов стараются уменьшить коэффициенты, описывающие обратную связь (fti3, У). У ряда современных транзисторов уменьшение действия обратной связи достигается технологическим путем.

Измерение параметра Уцо позволяет оценить сопротивление базы, которое, в свою очередь, определяет усилительные н частотные свойства транзисторов, а также высокочастотные шумы токораспределення {у транзисторов с малым сопротивлением Гб уровень шумов также малый). Вообще порядок величины сопротивления гс зависит от конструкции и типа транзистора и составляет от нескольких единиц (у мощных приборов) до нескольких сотен омов.

В качестве параметров, описывающих транзистор как четырехполюсник для СВЧ диапазона, получили распространение s-параметры; sii и 22 - коэффициенты отражения соответственно от входа и выхода четырехполюсника при нагрузке на волновое сопротивление (входные и выходные сопротивления), а S2 и S21 - коэффициенты обратной н прямой передач. Они используются для расчета схем от 100 МГц до нескольких гигагерц (на этих частотах трудно осуществить условие короткого замыкания прн измерении У-параме-тров). Кроме того, -параметры имеют ряд преимуществ с точки зрения обеспечения устойчивости в процессе измерения, но определяются только для дайной рабочей точки и на фиксированной частоте.

Типовые (нормализованные) зависимости параметров четырехполюсника от режима и температуры иногда приводятся в справочниках или технических условиях.

2.S. Частотные свойства транзисторов

Для схем замещения н параметров четырехполюсника имеется ряд характеристических частот. Практическое зиаченне имеют частоты, связанные с параметрами /г!». la н У21В, а также частота генерация /max. показывающая область частот, н которой транзистор может быть, в принципе, применен как генератор колебаний (на этой частоте /Сур=1). Кроме того, fmax используется для оценки /Сур иа других частотах.

Модули величин й216. кхь и У21Э падают с ростом частоты, поэтому вводятся характеристические частоты, на которых коэффициенты передачи по току падают в К 2 раз (до 0,707) относительно их значения на низкой частоте; соответствующие частоты /лив, /ft2ia. /тао.

Применяется также частота /гр. На этой частоте модуль hi достигает значения, равного единице.

Для характернстнки транзисторов используется обычно частота /л21б в диапазоне до 20 МГц, а /гр - свыше 20 МГц.

Имеются формулы, связывающие частоты /hsie, /й2!в н /гр. В частности, /гр=й/гв, где а=0,65-0,82 для различных типов транзисторов; для бездрейфовых (сплавных) транзисторов обычно принимают А-0,82. Для бездрейфового транзистора частота /21э=(1-Л21я)/лг1б. Значение /лв зависит от положения рабочей точки и температуры. Максимальное значение /л21б в зависимости от тока эмиттера (коллектора) почти совпадает с максимумом па-

2* 19



0 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


0.0113