Главная Диоды и транзисторы



параметров и характеристик, удовлетворяющих различным требованиям, дает возможность использовать нх в радиоэлектронной аппаратуре вместо некоторых усилительных и переключательных транзисторов (например, транзистор КТ630).

Для схем с АРУ разработаны специальные транзисторы (германиевые и кремниевые), обладающие регулируемым усилением при увеличении рабочего тока (прямая АРУ). Умеиьщение усиления таких транзисторов иа высокой частоте происходит вследствие снижения frp при увеличении тока эмиттера и умеиьщения напряжения на коллекторе (например, КТ3128, ГТ328). В связи с этим наблюдается сильная зависимость Кур от тока. Обычно транзисторы имеют меньщую зависимость коэффициента усиления от электрического режима. Для зарубежных транзисторов, предназначенных для АРУ, часто указывается глубина регулировки усиления (отношение максимального коэффициента усиления к минимальному).

Жесткие требования к экономичности радиоэлектронной аппаратуры в ряде специальных применений способствовали созданию кремниевых транзисторов, функционирующих при малых токах (единицы и десятки микроампер), поскольку германиевые транзисторы вследствие большого обратного тока коллектора для этой цели непригодны. Такие приборы (например, транзисторы КТ3102, КТ3107) имеют малые токи 1кбо и большие коэффициенты усиления. Однако при работе в микрорежиме у них ухудшаются частотные свойства, но несколько улучшаются шумовые характеристики. Кроме того, при малых токах обычно увеличивается зависимость параметров от температуры, снижается крутизна и затрудняется стабилизация режима.

Реализация большого коэффициента усиления по мощности в высокочастотных усилителях связана с уменьшением паразитной обратной связи, обусловленной проходной проводимостью транзистора Yij. Разработаны транзисторы (например, КТ339АМ), у которых для снижения емкости обратной связи в транзисторную структуру введен интегральный экран (электростатический экран Фарадея), представляющий собой сочетание диффузионного экрана и дополнительного экранирующего диода. Применение интегрального экрана позволяет снизить емкость между коллекторным и базовым выводами в 2,5...4 раза (емкость С128 снижается до значения ие более 0,3 пФ) и обеспечить большой коэффициент усиления Кур без применения схем нейтрализации.

Лавниные транзисторы предназначены для работы в режиме электрического пробоя коллекторного перехода. В зависимости от схемы включения они могут иметь управляемые S-образные (со стороны коллектора или эмиттера) и N-образные (со стороны базы) вольт-амперные характеристики. Использование обычных транзисторов в этом режиме принципиально возможно и встречается на практике, но при этом не обеспечиваются необходимые быстродействие, амплитуда импульсов, стабильность и надежность. Например, одной из причин, снижающих эффективность применения обычных высокочастотных транзисторов в лавинном режиме, является значительное снижение частоты frp при увеличении коллекторного тока.

Лавниные транзисторы имеют следующие основные параметры: напряжение яавиниого пробоя коллекторного перехода Пиопров, напряжение пробоя при отключенной базе Пквопров, напряжение иквопров в максимуме вольт-амперной характеристики, зависящее от сопротивления Яб» и управляющего тока, максимальный ток разряда и время нарастания лавинного импульса. Область лавинного пробоя лежит между напряжениями Ukbo пров и Ukso проб. Лавниные транзн-

сторы применяются в релаксационных генераторах в ждущем или автоколебательном режиме.

С помощью лавииных транзисторов можно формировать амплитуды импульсов 10... 15 В и выше иа иизкоомиой нагрузке (50...70 Ом) и при малом времени нарастания фронта (менее 1 ис).

Отечественной промышленностью выпускаются лавинные транзисторы типов ГТ338 (А, В), КТ3122 за рубежом - лавинные транзисторы типов ASZ23, ECL1239, NS1110-NS1116, PADT51, RT1110 - RT1116, SYL3013, 2N3033-2N3035, 2N5236, 2N5271, 2SA252, 2SA411.

Следует также отметить транзисторы, предназначенные для использования в инверсном включении (например, зарубежные транзисторы 2N2432, 2N2944- 2N2946, 2N4138), которые имеют малое остаточное напряжение (менее 1 мВ) и применяются в модуляторах для стабильных усилителей постоянного тока, построенных по схеме модуляции - демодуляции, в схемах управления реверсивными двигателями, в логических схемах, амплитудных детекторах и других схемах. В некоторых схемах, например автомобильного зажигания и строчной развертки телевизоров, при запирании транзистор может переходить в режим инверсного включения прн работе на комплексную нагрузку. Для транзистора КТ209 параметры инверсного включения нормируются, например отношение hjia/haia inv >2«12).

Разработаны специальные модуляторные транзисторы, в основу которых положены две транзисторные структуры. Это так называемые двухэмиттериые транзисторы, имеющие лучшие параметры инверсного включения (например, зарубежные транзисторы 3N74-3N79, 3N108 -3N111). У отечественного транзистора КТ118 остаточное напряжение менее 0,2 мВ.

Для работы в выходных каскадах усилителя низких частот радиовещательных приемников, высококачественных магнитофонов, радиол, телевизоров разработаны германиевые и кремниевые транзисторы разного типа проводимости (например ГТ401, ГТ402, ГТ701, ГТ703). Они характеризуются слабой зависимостью коэффициента усиления от тока, высокой частотой fhjia, низким напряжением Uxs нас, что позволяет улучшить акустические показатели устройств в широком диапазоне звуковых частот. В свою очередь, это дает возможность упрощать схемы усилителей, уменьшать число применяемых транзисторов, повышать надежность и снижать себестоимость устройств. Зависимость коэффициента передачи Н21э от тока характеризуется коэффициентом линейности - отношением коэффициентов передачи при двух значениях тока эмиттера.

2.20. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Различие между низкочастотными и высокочастотными транзисторами заключается в размерах активных областей и в значениях параметров структуры и паразитных параметров корпуса - для высокочастотных приборов они должны быть значительно меньшими.

К транзисторам, предназначенным для работы на высоких и сверхвысоких частотах, предъявляется ряд. дополнительных требований. Они должны иметь малые емкости между электродами, создающие паразитную обратную связь, и малую индуктивность общего вывода. Кроме того, для получения максимального Кур они должны иметь высокую частоту frp и малые тк, С„ и Uks яао. При создании высо-



кочастотных приборов труднее получить высокую воспроизводимость и идентичность параметров у приборов одного технологического типа.

Высокочастотные транзисторы могут работать и как усилители, и как генераторы. Однако транзистор, оптимальный для усилителя мощности, не обязательно будет пригоден для генератора и, наоборот.

Высокочастотные мощные транзисторы характеризуются такими параметрами, как Рвых, Кур, КПД, 1кр (критический ток коллектора, при достижении которого происходит уменьщеиие frp в у2 раз по отнощению к максимальному значению,- определяет условную границу, при которой получают удовлетворительные частотные свойства транзистора). Факторы, определяющие усиление и ширину полосы транзисторных усилителей, могут быть найдены только в комбинации свойств транзистора и схемы, в которой ои используется. Кроме того, параметр Кр зависит от условий определения входной и выходной мощностей, поэтому имеется несколько коэффициентов, характеризующих усиление транзистора. В качестве обобщенной характеристики усилительных свойств транзисторов используется U-функ-ция (максимальный Ку, р при обратной связи, нейтрализованной внешней схемой). Помимо указанных параметров оии должны иметь хорошую устойчивость к рассогласованию нагрузки.

Для получения высокого КПД рабочая точка транзисторов должна находиться вблизи области насыщения. Высокочастотное напряжение насыщения (оно больпе статического) определяет также выходную мощность на высокой частоте. Следует отметить, что использовать транзисторы с большими пробивными напряжениями для низковольтных устройств нецелесообразно, так как оии имеют большие напряжения насыщения и низкие КПД.

Надежная работа мощных приборов при больших Рвых обеспечивается лишь прн пониженных значениях параметров электрического и теплового режимов. Обычно Рвых указывается в справочниках для уровня, соответствующего надежной работе, и не превышает в режиме непрерывных колебаний 50% Рк max. На высоких частотах выходная мощность изменяется пропорционально 1/fl Она монотонно увеличивается до определенных значений с ростом входной мощности и напряжения источника питания Uhh-

Высокочастотные транзисторы, используемые в качестве усилителя мощности, должны иметь пробивное напряжение коллекторного перехода в 2...3 раза больше Uiin. В схемах генераторов при расстройке коллекторной цепи пиковое значение напряжения на коллекторе может достигать (3...4) Unn и более, особенно на нижнем участке рабочего диапазона частот.

Обычно высокочастотные мощные транзисторы работают ненадежно в режимах короткого замыкания и холостого хода и могут отказывать при рассогласовании нагрузки на выходе. Например, транзистор 2N5178 обеспечивает мощность около 50 Вт на частоте 500 МГц лишь в тщательно настраиваемом узкополосном усилителе, и даже при слабом нарушении согласования возможен отказ.

Имеются высокочастотные транзисторы, которые могут работать при всех условиях рассогласования нагрузочного полного сопротивления. Так, транзисторы 2N5764 и 2N5765 могут работать в условиях сильного рассогласования, в отличие от типов 2N4430 и 2N4431. Разработаны также приборы для специальных областей применения, в которых требуются различные значения рабочего напряжения (6; 12; 13,5; 24; 28 В и др.), с различными уровнями широкополосностн, с высо* кой линейностью и т. п.

Для передачи информации с помощью кабелей (например, в кабельных телевизионных системах) разработаны специальные широкополосные линейные транзисторы, работающие в классе А илн АВ, при котором обеспечивается малый уровень искажений, вызываемых перекрестной модуляцией. Они имеют слабую зависимость коэффициента усиления от тока, малую емкость С„ и применяются нэ частотах много меньших, чем максимальная рабочая частота. Для стабилизации температурного режима в корпусе транзистора монтируют схему температурной стабилизации с диодом - датчиком температуры. Нелинейность таких транзисторов характеризуется коэффициентом нелинейных (интермодуляционных) искажений. При сравнительной оценке линейности транзисторов могут использоваться зависимости S2(Ik) и S2i(Uk).

Транзисторы для линейных широкополосных усилителей, работающих- в режиме одной боковой полосы, характеризуются отдаваемой мощностью в пике огибающей (РРЕР).

Мощные высокочастотные транзисторы могут применяться в импульсном режиме, при этом выходная мощность может быть увеличена при повышении рабочих напряжений. Например, транзистор MSC 1330 имеет в непрерывном режиме выходную мощность 30 Вт иа частоте 1,3 ГГц при иип = 28 В, а в импульсном (tH=10 мкс) при ияп=40 В на той же частоте уже 70 Вт

Современные мощные высокочастотные транзисторы имеют сложные геометрические и технологические структуры (полосковые, гребенчатые, миогоэмиттериые, сетчатые, многоэлементные). В этих структурах возможно развитие второго пробоя, который чаще всего проявляется при работе или испытаниях транзисторов в статическом режиме (иа постоянном токе) или режиме класса А.

Среди возможных причин отказа высокочастотных и сверхвысокочастотных усилительных транзисторов можно назвать возникновение генерации за счет паразитных реактивностей схемы, перегрузку при переходных процессах и действие статического электричества.

2.21. СОСТАВНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Составной транзистор фактически представляет собой соединение двух биполярных транзисторов по определенной схеме, имеющей три внешних вывода. Например, в составном транзисторе по схеме Дарлингтона (рис. 25, а, б) коллекторы соединены вместе, входом служит база транзистора VT1, а эмиттером - эмиттер транзистора VT2. Для обеспечения нормальных режимов работы управляющего VT1 и выходного VT2 транзисторов по постоянному току и напряжению транзистор VT2 делается более мощным. Такой составной транзистор функционально соответствует одному транзистору с высоким результирующим коэффициентом передачи тока, равным произведению коэффициентов передачи входящих в него одиночных транзисторов:

h213o6 = h2l31-bh2l32--h2l3lh232!*h2iSlh21S2.

Недостатком составных транзисторов является повышенное напряжение насыщения Uk3 нас = ияэ яас1-Ьивэ2, а также относительно большой обратный ток.

Для увеличения стабильности работы эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 могут шунтироваться резисторами Нбэ1 и Рбэ2 (например, Нбэ1=1... ...10 кОм, Рвэ2=25.,.300 Ом), предотвращающими возрастание токов утечки (осо-

4 Заказ № 1141



бенио при высоких температурах), но и влияющими иа общий коэффициент уси-леиия (рис. 26, а, б):

h2iao6 = h21SlR63l/(R63I+rBxl)--h2l32R632/(R632 + rBx2) + + h213lhl32RealRe32/[Real+ Toxl) (R632+rBls)],

где Гвх - входное сопротивление транзистора. При этом

1КЭ0 об = 1кЭЛ1 (h2l32R6ai) / (R632+rBJ2) •


Рис. 25. Составные р-п-р (а) и п-р-п (б) транзисторы

Рис. 26. Составные р-п-р (а) и п-р-п (б) транзисторы с резисторами Re, и R62

Внутренняя структура составных транзисторов варьируется в зависимости от области их применения. В ряде приборов могут отсутствовать резисторы Rei и Рб2 (например, у 2SB678, 2SB679, 2SB880, 2SD549, 2SD688, 2SD1190, 2SD1224), может быть только резистор Rei (например, у RCA9203, 2SD684, 2SD1088, 2SD1410, 2SD1861). Имеются приборы, в которых между коллектором и эмиттером выходного транзистора включается диод (например, у КТ825, 2N6050, 2N6285, TIP110), защищающий транзистор от инверсных (обратных) токов, возникающих в результате переходного процесса при работе иа индуктивную нагрузку и при непредусмотренном изменении полярности напряжения питания (см. рис. 26). Но тогда они становятся не пригодными для использования в инверторных мостовых схемах. Для повышения стойкости ко второму пробою между коллектором и базой или между коллектором и эмиттером включается стабилитрон (например, у 2SD706, 2SD708, 2SD1208, 2SD1294).

Составные транзисторы применяются в стабилизаторах напряжения непрерывного и импульсного действия, электронных системах зажигания автомобилей (например, КТ848А), схемах управления двигателей, в различных усилительных и переключательных схемах.

Необходимо отметить, что большое усиление могут иметь и одиночные мощные и маломощные транзисторы со сверхбольшим коэффициентом усиления (так называемые Ultra-Beta и Super-Beta), например 2N5961 - 2N5963, 2SC1888, 2SC1983, 2SC2198, 2SC2315 - 2SC2317, 2SC2491, 2SD920, 2SD931, 2SD982, 2SD1052, 2SD1090, 2SD1353.

2.22. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Выпрямительные диоды применяются в целях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в источниках питания для преобразования (выпрямления) переменного напряжения в постоянное в однополупериодиои, двухполупериодной, однофазной мостовой и многофазной схемах, в схемах умно-

жения напряжения и преобразователях постояниого напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов. Выпрямительные свойства диодов тем лучше, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше падение напряжения при заданном прямом токе. Они характеризуются статическими (Unp, 1обр), динамическими (1пр ср, Unp ср, 1овр ср, Uo9p ср, fp, Rfl, Сд) и предельно допустимыми параметрами

(1цр ср max, Рдтах, Uo6P max, Uo6p, и max, Tnep max, 1я max). ДлЯ ВЫПрЯМИТСЛЬНЫХ

диодов принципиальное значение имеет характер нагрузки (активная, емкостная ИЛИ индуктивная), влияющей на форму и значение протекающего тока, т. е. определяющей режим работы диода.

При расчете выпрямителя обычно задаются значения выпрямленных наприжения Пвп и тока 1вп, напряжения и частоты сети питания. Исходя нз этого определяются, например, для распространенной мостовой схемы при работе на емкостную нагрузку среднее значение выпрямленного тока 1прор=1вп/2, амплитудное значение тока 1я1тах»3,5 1вл (т. е. мгновенное значение прямого тока может значительно превышать среднее значение), значение обратного напряжения Uoep« ж 1,5 Ujn, которые не должны превышать предельно допустимых значений. С повышением частоты приложенного напряжения, большей fp, указанной в ТУ, выпрямляющие свойства диодов ухудшаются, значение 1вп уменьшается (падает эквивалентное сопротивление р-п перехода), потери в диоде увеличиваются и он значительно нагревается. От значения Unp зависит рассеиваемая мощность и экономичность выпрямителя (Unp<l В для германия и Unp< 1,5 В для кремния). При постоянном Inp значение Unp с ростом температуры уменьшается (ТКН™1,2.„ ...3 мВ/°С), что учитывается при работе в широком диапазоне температур.

Предельно допустимыми параметрами выпрямительных диодов являются максимальный выпрямленный ток Inp max, максимальное обратное напряжение Uo6p max, максимальная и минимальная температура окружающей среды, максимально допустимая рассеиваемая мощность Рд шах. Часто приводятся максимально допустимые значения импульсного прямого и выпрямленного токов, используемые при расчете переходных процессов выпрямителя, работающего иа емкостную нагрузку.

В качестве выпрямительных диодов используются и диоды Шотки, имеющие структуру металл - полупроводник. По сравнению с р-п переходом у них отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, т. е. оии работают Только на основных носителях. Поэтому у днодов Шотки отсутствует емкость Сд, связанная с накоплением и рассасыванием неосновных носителей, а их быстродействие определяется только барьерной емкостью. Другой важной особенностью диодов Шотки является меньшее прямое падение напряжения (примерно на 0,2 Б). Прямая ветвь ВАХ у них подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов, что позволяет их использовать как прецизионные логарифмирующие элементы.

2.23. СТАБИЛИТРОНЫ

Рабочий участок стабилитронов находится в области электрического пробоя р-п перехода, где напряжение стабилизации (пробоя) Uct остается практически постоянным при изменении тока стабилизации (пробоя) в достаточно широком диапазоне. Ток стабилизации 1ст ограничивается внешним резистором, чтобы



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


0.0251