Анализ и моделирование биполярных транзисторов

Скачать работу - Анализ и моделирование биполярных транзисторов

Широко примен я ютс я также такие разновидности транзистора, как триодные тиристоры и симисторы, которые играют важную роль в технике коммутации и регулировании сильных токов. В 1954 было произведено немногим более 1 млн. транзисторов.

Сейчас эту цифру невозможно даже указать.

Первоначально транзисторы стоили очень дорого.

Сегодн я транзисторные устройства дл я обработки сигнала можно купить за несколько центов. Без транзисторов не обходитс я не одно предпри я тие, которое выпускает электронику. На транзисторах основана вс я современна я электроника. Их широко примен я ют в теле, радио и компьютерных аппаратурах.

Транзисторы представл я ют собой полупроводниковые приборы с двум я p - n -переходами. В простейшем случае транзисторы состо я т из кристалла германи я и двух остриёв (эмиттер и коллектор), касающихс я поверхности кристалла на рассто я нии 20-50 микронов друг от друга.

Каждое остриё образует с кристаллом обычный выпр я мительный контакт с пр я мой проводимостью от остри я к кристаллу. Если между эмиттером и базой подать напр я жение пр я мой пол я рности, а между коллектором и базой - обратной пол я рности, то оказываетс я , что величина тока коллектора находитс я в пр я мой зависимости от величины тока эмиттера.

Плоскостной транзистор состоит из кристалла полупроводника (германи я , кремни я , арсенида, инди я , астата, и др.), имеющего три сло я различной проводимости p и n . Проводимость типа p создаётс я избыточными носител я ми положительных зар я дов, так называемыми 'дырками', образующиес я в случае недостатка электронов в слое. В слое типа n проводимость осуществл я етс я избыточными электронами. Рис 1-1. n - p - n транзистор Таким образом, возможны два типа плоскостных транзисторов: p - n - p , в котором два сло я типа p (например, германи я ) разделены слоем n , n - p - n , в котором два сло я типа n разделены слоем типа p . Из транзисторов можно составить схемы различных назначений.

Например можно собрать усилители тока, мощности, усилители звуковых частот, декодеры аудио, видео, теле-радио сигналов, а также простейшие логические схемы, основанные на принципе и-или-не.

Транзисторы КТ380 – кремниевые эпитаксиально-планарные p - n - p универсальные высокочастотные маломощные.

Предназначены дл я работы в переключающих схемах, в схемах усилителей высокой частоты герметезированой аппаратуры.

Бескорпусные, с гибкими выводами с гибкими выводами, с защитным покрытием.

Транзисторы помещаютс я в герметическую заводскую упаковку.

Обозначение типа и цоколевка привод я тс я в паспорте. Масса транзистора не более 0,01 г. 3. Технологи я изготовлени я бипол я рного транзистора КТ380. Эпитаксиальна я технологи я позвол я ет расширить рабочий диапазон транзисторов, особенно ключевых, за счет уменьшени я последовательного сопротивлени я коллектора. Она основана на выращивании очень тонкого сло я полупроводника (достаточного дл я формировани я активных элементов) поверх исходного сло я того же самого материала. Этот эпитаксиальный слой представл я ет собой продолжение исходной кристаллической структуры, но с уровнем легировани я , необходимым дл я работы транзистора.

Подложку сильно легируют (до содержани я легирующей примеси пор я дка 0,1%), тщательно полируют и затем промывают, поскольку дефекты на поверхности подложки сказываютс я на совершенстве структуры эпитаксиального сло я . Выращивание совершенного эпитаксиального сло я – очень сложный процесс, требующий тщательного выбора материалов и поддержани я исключительной общей чистоты в системе. Слой выращиваетс я методом химического осаждени я из паровой фазы, обычно из паров тетрахлорида кремни я SiCl 4 . При этом используетс я водород, который восстанавливает SiCl 4 до чистого кремни я , осаждающегос я затем на подложке при температуре около 1200 0 С. Скорость роста эпитаксиального сло я – пор я дка 1 мкм/мин, но ее можно регулировать. Дл я легировани я сло я в рабочую камеру ввод я т мышь я к (примесь n-типа), фосфор (n-тип) или бор (p-тип). Обычно выращивают только один слой, но в некоторых случа я х, например при изготовлении многослойных тиристоров, получают два сло я – один n, а другой p-типа.

Толщина эпитаксиального сло я составл я ет от нескольких микрометров дл я сверхвысокочастотных транзисторов до 100 мкм дл я высоковольтных тиристоров.

Эпитаксиальный материал дает возможность изготавливать транзисторы дл я усилителей и электронных ключей. В противоположность технологии мезаструктур, при которой диффузи я происходит равномерно по всей поверхности полупроводника, планарна я технологи я требует, чтобы диффузи я была локализована. Дл я остальной части поверхности необходима маска.

Идеальным материалом дл я маски я вл я етс я диоксид кремни я , который можно наращивать поверх кремни я . Так, сначала в атмосфере влажного кислорода при 1100 0 С выращивают слой диоксида толщиной около 1000 нм (это занимает примерно час с четвертью). На выращенный слой нанос я т фоторезист, который может быть сенситизирован дл я про я влени я ультрафиолетовым светом. На фоторезист накладывают маску с контурами базовых областей, в которых должна проводитьс я диффузи я (их тыс я чи на одной подложке), и экспонируют фоторезист под освещением. На участках, не закрытых непрозрачной маской, фоторезист затвердевает под действием света.

Теперь, когда фоторезист про я влен, его легко удалить растворителем с тех мест, где он не затвердел, и на этих местах откроетс я незащищенный диоксид кремни я . Дл я подготовки подложки к диффузии незащищенный диоксид вытравливают и пластинку промывают. (Здесь речь идет об «отрицательном» фоторезисте.

Существует также «положительный» фоторезист, который, наоборот, после освещени я легко раствор я етс я .) Диффузию провод я т как двухстадийный процесс: сначала некоторое количество легирующей примеси (бора в случае n-p-n-транзисторов) ввод я т в базовый поверхностный слой, а затем – на нужную глубину.

Первую стадию можно осуществл я ть разными способами. В наиболее распространенном варианте пропускают кислород через жидкий трихлорид бора; диффузант переноситс я газом к поверхности и осаждаетс я под тонким слоем борсодержащего стекла и в самом этом слое. После такой начальной диффузии стекло удал я ют и ввод я т бор на нужную глубину, в результате чего получаетс я коллекторный p-n-переход в эпитаксиальном слое n-типа. Далее выполн я ют эмиттерную диффузию.

Поверх базового сло я наращивают диоксид, и в нем прорезают окно, через которое за одну стадию диффузией ввод я т примесь (обычно фосфор), формиру я тем самым эмиттер.

Степень легировани я эмиттера по крайней мере в 100 раз больше, чем степень легировани я базы, что необходимо дл я обеспечени я высокой эффективности эмиттера. В обоих диффузионных процессах, упом я нутых выше, переходы перемещаютс я как по вертикали, так и в боковом направлении под диоксидом кремни я , так что они защищены от воздействи я окружающей среды.

Многие устройства герметизируют поверхностным слоем нитрида кремни я толщиной около 200 нм.

Нитрид кремни я непроницаем дл я щелочных металлов, таких, как натрий и калий, которые способны проникать сквозь диоксид кремни я и «отравл я ть» поверхности в переходах и поблизости от них. Далее с использованием методов фотолитографии на поверхность устройства напыл я ют металл контакта (алюминий или золото), отделенный от кремни я другим металлом (например, вольфрамом, платиной или хромом), впекают его в области базового и эмиттерного контактов, а излишек удал я ют. Затем полупроводниковую пластинку путем распиливани я или разламывани я после надрезани я раздел я ют на отдельные микрокристаллы, которые прикрепл я ютс я к позолоченному кристаллодержателю или выводной рамке (чаще всего эвтектическим припоем кремний – золото). С выводами корпуса эмиттер и базу соедин я ют золотыми проволочками.

Транзистор герметизируют в металлическом корпусе или путем заделки в пластик (последнее дешевле). Первоначально контакты делали из алюмини я , но оказалось, что алюминий образует с золотом хрупкое соединение, обладающее высоким сопротивлением.

Поэтому проволочные контакты из алюминиевой или золотой проволочки стали отдел я ть от кремни я другим металлом – вольфрамом, платиной или хромом.

Гранична я частота транзисторов общего назначени я составл я ет несколько сот мегагерц – примерно столько же, сколько было у ранних высокочастотных германиевых транзисторов. В насто я щее врем я дл я высокочастотных типов эта граница превышает 10 000 МГц.

Мощные транзисторы могут работать при мощности 200 Вт и более (в зависимости от типа корпуса), и нередки коллекторные напр я жени я в несколько сот вольт.

Используютс я кремниевые пластинки размером несколько сантиметров, причем на одной такой пластинке формируетс я не менее 500 тыс. транзисторов.

Транзисторные структуры могут быть разного вида.

Транзисторы дл я низкочастотных схем с низким уровнем сигнала нередко имеют точечно-кольцевую конфигурацию (точка – эмиттер, кольцо – база), котора я , однако, не нашла широкого применени я в тех случа я х, когда предъ я вл я ютс я требовани я высокой частоты и большой мощности. В таких случа я х и в транзисторах многих низкочастотных типов чаще всего примен я етс я встречно-гребенчата я структура. Это как бы два гребешка с широкими промежутками между зубцами, расположенные на поверхности так, что зубцы одного вход я т между зубцами другого. Один из них я вл я етс я эмиттером, а другой – базой. База всегда полностью охватывает эмиттер.

Основна я часть гребешка служит токовой шиной, равномерно распредел я ющей ток, так что все эмиттерные зубцы имеют одинаковое смещение и дают одинаковый ток. Это очень важно дл я сильноточных приборов, в которых локальна я неоднородность смещени я может вследствие местного нарастани я тока привести к точечному перегреву. В нормальном рабочем режиме температура перехода в транзисторах должна быть ниже 125 0 С (при ~150 0 С параметры прибора начинают быстро измен я тьс я , и работа схемы нарушаетс я ), а потому в мощных транзисторах необходимо добиватьс я равномерного распределени я тока по всей их площади.

Сильноточные устройства часто раздел я ют на секции (группы зубцов, или малых транзисторов), соединенные между собой токовыми шинами с малым сопротивлением. В транзисторах дл я диапазона сверхвысоких частот – другие трудности. Их максимальна я рабоча я частота ограничиваетс я временем задержки, которое требуетс я дл я зар я дки эмиттерного и коллекторного переходов (поскольку зар я д переходов зависит от напр я жени я , они ведут себ я как конденсаторы). Это врем я можно свести к минимуму, уменьшив до предела площадь эмиттера.

Поскольку эффективно действует лишь периферийна я часть эмиттера, зубцы делают очень узкими; зато число их увеличивают так, чтобы получить нужный ток.

Ширина зубца типичного высокочастотного эмиттера составл я ет 1–2 мкм, и таковы же промежутки между зубцами. База обычно имеет толщину 0,1–0,2 мкм. На частотах выше 2000 МГц врем я переноса зар я да через базу уже не я вл я етс я определ я ющей характеристикой – существенно также врем я переноса через область коллектора; однако этот параметр можно уменьшить только путем уменьшени я внешнего напр я жени я на коллекторе. 4. Анализ процессов в бипол я рном транзисторе Рассмотрим прежде всего, как работает транзистор (дл я примера типа n -рn ) в режиме без нагрузки, когда включены только источники посто я нных питающих напр я жений E 1 и E 2 (рис. 4-1,а). Пол я рность их такова, что на эмиттерном переходе напр я жение пр я мое, а на коллекторном переходе - обратное.

Поэтому сопротивление эмиттерного перехода мало и дл я получени я нормального тока в этом переходе достаточно напр я жени я Е 1 в дес я тые доли вольта.

Сопротивление коллекторного перехода велико, и напр я жение Е 2 обычно составл я ет единицы или дес я тки вольт. Из схемы на рис. 4-1,а видно, что напр я жение между электродами транзистора св я заны простой зависимостью: (4.1) При работе транзистора в активном режиме обычно всегда и, следовательно, Вольтамперна я характеристика эмиттерного перехода представл я ет собой характеристику полупроводникового диода при пр я мом токе. А вольтамперна я характеристика коллекторного перехода подобна характеристике диода при обратном токе.

Принцип работы транзистора заключаетс я в том, что пр я мое напр я жение эмиттерного перехода, т. е. участка база-эмиттер ( я ет на ток коллектора: чем больше это напр я жение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменени я тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Таким образом, напр я жение я жение, управл я ет током коллектора.

Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано именно на этом я влении. Рис 4-1. Движение электронов и дырок в транзисторах типа n -рn и рn -р . Физические процессы в транзисторе происход я т следующим образом. При увеличении пр я мого входного напр я жени я понижаетс я потенциальный барьер, в эмиттерном переходе и соответственно возрастает ток через этот переход ток эмиттера я из эмиттера в базу и благодар я диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличива я ток коллектора. Так как коллекторный переход работает при обратном напр я жении, то в этом переходе возникают объемные зар я ды, показанные на рисунке кружками со знаками «+» и «-» . Между ними возникает электрическое поле. Оно способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда от эмиттера, т. е. вт я гивает электроны область коллекторного перехода. Если толщина базы достаточно мала и концентраци я дырок в ней невелика, то большинство электронов, пройд я через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольша я часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате рекомбинации возникает ток базы, протекающий в проводе базы.

Действительно, в установившемс я режиме число дырок в базе должно быть неизменным.

Вследствие рекомбинации каждую секунду сколько-то дырок исчезает, но столько же новых дырок возникает за счет того, что из базы уходит в направлении к плюсу источника E 1 такое же число электронов. Иначе говор я , в базе не может накапливатьс я много электронов. Если некоторое число инжектированных в базу из эмиттера электронов не доходит до коллектора, а остаетс я в базе, рекомбиниру я с дырками, то точно такое же число электронов должно уходить из базы в виде тока я меньше тока эмиттера, то в соответствии с первым законом Кирхгофа всегда существует следующее соотношение между токами: (4.2) Ток базы я вл я етс я бесполезным и даже вредным.

Желательно, чтобы он был как можно меньше.

Обычно составл я ет проценты тока эмиттера, т. е. и, следовательно, ток коллектора лишь незначительно меньше тока эмиттера. т. е. можно считать я того, чтобы ток был как можно меньше, базу делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию примесей, котора я определ я ет концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать в базе с дырками. Если бы база имела значительную толщину и концентраци я дырок в ней была велика, то больша я часть электронов эмиттерного тока, диффундиру я через базу, рекомбинировала бы с дырками и не дошла бы до коллекторного перехода. Ток коллектора почти не увеличивалс я бы за счет электронов эмиттера, а наблюдалось бы лишь увеличение тока базы. Когда к эмиттерному переходу напр я жение не приложено, то практически можно считать, что в этом переходе почти нет тока. В этом случае область коллекторного перехода имеет большое сопротивление посто я нному току, так как основные носители зар я дов удал я ютс я от этого перехода и по обе стороны от границы создаютс я области, обеденные этими носител я ми. Через коллекторный переход протекает лишь очень небольшой обратный ток, вызванный перемещением навстречу друг другу неосновных носителей, т. е. электронов из р-области и дырок из n -области. Но если под действием входного напр я жени я возник значительный ток эмиттера, то в область базы со стороны эмиттера инжектируютс я электроны, которые дл я данной области я вл я ютс я неосновными носител я ми. Не успева я рекомбинировать с дырками при диффузии через базу, они доход я т до коллекторного перехода. Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллекторному переходу и тем меньше становитс я его сопротивление. Соот ветственно увеличиваетс я ток коллектора. Иначе говор я , с увеличением тока эмиттера в базе возрастает концентраци я неосновных носителей, инжектирован ных из эмиттера, а чем больше этих носителей, тем больше ток коллектор ного перехода, т. е. ток коллектора . Данное одному из электродов транзистора название «эмиттер» подчеркивает, что происходит инжекци я электронов из эмиттера в базу.

Применение термина «инжекци я » необходимо дл я того, чтобы отличать данное я вление от электронной эмиссии, в результате которой получаютс я свободные электроны в вакууме или разреженном газе. По рекомендуемой терминологии эмиттером следует называть область тран зистора, назначением которой я вл я етс я инжекци я носителей зар я да в базу. Кол лектором называют область, назначением которой я вл я етс я экстракци я носителей зар я да из базы. А базой я вл я етс я область, в которую инжектируютс я эмиттером неосновные дл я этой области носители зар я да.

Следует отметить, что эмиттер и коллектор можно помен я ть местами (так называемый инверсный режим). Но в транзисторах, как правило, коллекторный переход делаетс я со значительно большей площадью, нежели эмиттерный пе реход, так как мощность, рассеиваема я в коллекторном переходе, гораздо боль ше, чем рассеиваема я в эмиттерном.

Поэтому если использовать эмиттер в качестве коллектора, то транзистор будет работать, но его можно примен я ть только при значительно меньшей мощности, что нецелесообразно. Если площади переходов сделаны одинаковыми (транзисторы в этом случае называют сим метричными), то люба я из крайних областей может с одинаковым успехом работать в качестве эмиттера или коллектора.

Поскольку в транзисторе ток эмиттера всегда равен сумме токов коллектора и базы, то приращение тока эмиттера также всегда равно сумме приращений коллекторного и базового токов: (4.3) Важным свойством транзистора я вл я етс я приблизительно линейна я зависи мость между его токами, т. е. все три тока транзистора измен я ютс я приблизи тельно пропорционально друг Другу. Пусть, дл я примера, =10 мА, = 9,5 мА, = 0,5 мА . Если ток эмиттера увеличитс я , например, на 20% и станет равным 10 + 2 = 12 мА . то остальные токи возрастут также на 20%: = 0,5 + 0.1 = 0,6 мА и = 9,5 + 1,9 = 11,4 мА , так как всегда должно быть выполнено равенство (4.2), т.е. 12 мА=11,4 мА + 0,6 мА. А дл я приращени я токов справедливо равен ство (4.3), т. е. 2 мА = 1,9 мА + 0,1 мА. Мы рассмотрели физические я влени я в транзисторе типа п-р-п.

Подобные же процессы происход я т в транзисторе типа р-п-р но в нем мен я ютс я рол я ми электроны и дырки, а также измен я ютс я на обратные пол я рности напр я жений и направлени я токов (рис. 4-2,б). В транзисторе типа р-п-р из эмиттера в базу инжектируютс я не электроны, а дырки. Они я в л я ютс я дл я базы неосновными носител я ми. С увели чением тока эмиттера больше таких дырок проникает через базу к коллекторному переходу. Это вызывает уменьшение его сопротивлени я и возрастание тока кол лектора.

Работу транзистора можно нагл я дно представить с помощью потенциальной диаграммы, котора я показана на рис. 4-2 дл я транзистора типа nр -n . Рис. 4-2. Потенциальна я диаграмма транзистора Эту диаграмму удобно использовать дл я создани я механической модели транзистора.

Потенциал эмиттера прин я т за нулевой. В эмиттерном переходе имеетс я небольшой потенциальный барьер. Чем больше напр я жение , тем ниже этот барьер.

Коллекторный переход имеет значительную разность потенциалов, ускор я ющую электроны. В механической модели шарики, аналогичные электронам, за счет своих собственных скоростей поднимаютс я на барьер, аналогичный эмиттерному переходу, проход я т через область базы, а затем ускоренно скатываютс я с горки, аналогичной коллекторному переходу.

Помимо рассмотренных основных физических процессов в транзисторах приходитс я учитывать еще р я д я влений.

Существенное вли я ние на работу транзисторов оказывает сопротивление базы я рном направлению эмиттер — коллектор. Так как база очень тонка я , то в направлении от эмиттера к коллектору, т. е. дл я тока я во внимание. А в направлении к выводу базы сопротивление базы (его называют поперечным) достигает сотен Ом, так как в этом направлении база аналогична очень тонкому проводнику. Напр я жение на эмиттерном переходе всегда меньше, чем напр я жение я жени я тер я етс я на сопротивлении базы. С учетом сопротивлени я можно изобразить эквивалентную схему транзистора дл я посто я нного тока так, как это сделано на рис. 4-3. На этой схеме я т сопротивление эмиттерного перехода и эмиттерной области.

Значение у маломощных транзисторов достигает дес я тков Ом. Это вытекает из того, что напр я жение на эмиттерном переходе не превышает дес я тых долей вольта, а ток эмиттера в таких транзисторах составл я ет единицы миллиампер. У более мощных транзисторов больше и соответственно меньше. Приближенно определ я етс я формулой (в Омах) (4.4) где ток я в миллиамперах.

Сопротивление коллектора представл я ет собой практически сопротивление коллекторного перехода и составл я ет единицы и дес я тки килоОм. В него входит также сопротивление коллекторной области, но оно сравнительно мало и им можно пренебречь. Схема на рис. 4-3 я вл я етс я весьма приближенной, так как на самом деле эмиттер, база и коллектор имеют между собой контакт не в одной точке, а во множестве точек по всей площади переходов. Тем не менее эта схема может примен я тьс я дл я рассмотрени я многих процессов в транзисторе. Рис. 4-3. Эквивалентна я схема транзистора дл я посто я нного тока При повышении напр я жени я на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение носителей зар я да, я вл я ющеес я главным образом результатом ударной ионизации. Это я вление и туннельный, эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой перехода.

Изменение напр я жений на коллекторном и эмиттерном переходах сопровождаетс я изменением толщины этих переходов. В результате измен я етс я толщина базы. Такое я вление называют модул я цией толщины базы. Его особенно надо учитывать при повышении напр я жени я коллектор - база, так как тогда толщина коллекторного перехода возрастает, а толщина базы уменьшаетс я . При очень тонкой базе может произойти эффект смыкани я («прокол» базы) - соединение коллекторного перехода с эмиттерным. В этом случае область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать. При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей зар я да в базе. т. е. увеличение концентрации и суммарного зар я да этих носителей.

Наоборот, при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного зар я да неосновных носителей в ней. Этот процесс называют рассасыванием носителей зар я да в базе. В р я де случаев необходимо учитывать протекание по поверхности транзистора токов утечки, сопровождающеес я рекомбинацией носителей в поверхностном слое областей транзистора.

Установим соотношени я между токами в транзисторе. Ток эмиттера управл я етс я напр я жением на эмиттерном переходе, но до коллектора доходит несколько меньший ток , который можно назвать управл я емым коллекторным током так как часть инжектированных из эмиттера в базу носителей рекомбинирует.

Поэтому (4.5) где я вл я ющийс я основным параметром транзистора: он может иметь значени я от 0,950 до 0,998. Чем слабее рекомбинаци я инжектированных носителей в базе, тем ближе к 1. Через коллекторный переход, всегда проходит еще очень небольшой (не более единиц микроампер) неуправл я емый обратный ток (рис. 4-4), называемый начальным током коллектора. Он неуправл я ем потому, что не проходит через эмиттерный переход. Таким образом, полный коллекторный ток (4.6) Во многих случа я х то это делают при оборванном проводе эмиттера.

Действительно, из формулы (4.6) следует, что при Преобразуем выражение (4.6) так, чтобы выразить зависимость тока тока базы суммой Рис. 3-4. Токи в транзисторе Решим уравнение относительно .Тогда получим Обозначим и и напишем окончательное выражение (4.7) Здесь я вл я етс я коэффициентом передачи тока базы и составл я ет дес я тки единиц.

Например, если = 0,95, то а если коэффициент = 0,99, т. е. увеличилс я на 0,04, то т. е. увеличиваетс я в 5 с лишним раз! Таким образом, незначительные изменени я привод я т к большим изменени я м так же, как и я к важным параметрам транзистора. Если известен то можно всегда определить по формуле (4.8) Ток называют начальным сквозным током, так как он протекает сквозь весь транзистор (через три его области и через оба n - p -перехода) в том случае, если я (4.7) при я ет дес я тки или сотни микроампер и значительно превосходит начальный ток коллектора я , что нетрудно найти (4.9) Значительный ток объ я сн я етс я тем, что некотора я небольша я часть напр я жени я приложена к эмиттерному переходу в качестве пр я мого напр я жени я . Вследствие этого возрастает ток эмиттера, а он в данном случае и я вл я етс я сквозным током. При значительном повышении напр я жени я резко возрастает и происходит электрический пробой.

Следует отметить, что если я быстрое, лавинообразное увеличение тока, привод я щее к перегреву и выходу транзистора из стро я (если в цепи коллектора нет резистора, ограничивающего возрастание тока). В этом случае происходит следующий процесс: часть напр я жени я я на эмиттерном переходе, увеличивает ток я жение на нем уменьшаютс я и за счет этого возрастает напр я жение на эмиттерном переходе, что приводит к еще большему увеличению тока, и т. д. Чтобы этого не произошло, при эксплуатации транзисторов запрещаетс я разрывать цепь базы, если не выключено питание цепи коллектора. Надо также сначала включить питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот. Если надо измерить ток я зательно включают ограничительный резистор и производ я т измерение при разрыве провода базы. 5. Статические характеристики бипол я рного транзистора. Схема с общей базой В транзисторах в качестве одной из независимых переменных обычно выбирают ток эмиттера, легче поддающийс я регулированию, чем напр я жение. Из характеристик наибольшее распространение получили входные и выходные характеристики транзистора.

Входные характеристики.

Входные характеристики транзисторов в схеме с общей базой при определ я ютс я зависимостью (5.1): (5.1) При большом обратном напр я жении коллектора ( я жени я . На рис. 5-1,а показаны реальные входные характеристики германиевого транзистора. Они соответствуют теоретической зависимости (5.1), подтверждаетс я и вывод о слабом вли я нии коллекторного напр я жени я на ток эмиттера. Рис 5-1 Начальна я область входных характеристик, построенна я в соответствии с теоретической зависимостью (5.1), показана на рис. 5-1, а крупным масштабом (в окружности). Отмечены токи I 11 и I 12 , а также эмиттерный ток закрытого транзистора (5.2) протекающий в его цепи при обратных напр я жени я х эмиттера и коллектора. Как следует из соотношени я (5.1), ток эмиттера равен нулю при напр я жении эмиттера (5.3) Такое же напр я жение устанавливаетс я на эмиттере, если он изолирован от других электродов.

Реальные характеристики транзистора в начальной области несколько отличаютс я от теоретических.

Обратный ток эмиттера при короткозамкнутом коллекторе, обозначаемый отличаетс я от тока экстракции I 11 наличием еще двух составл я ющих: термотока и тока поверхностной проводимости (5.4) Обратный ток эмиттера при обратном напр я жении коллектора (5.5) Входные характеристики кремниевого транзистора показаны на p и c . 5-1,б. Они смещены от нул я в сторону пр я мых напр я жений; как и у кремниевого диода, смещение равно 0,6—0,7 В. По отношению к входным характеристикам германиевого транзистора смещение составл я ет 0,4 В. Выходные характеристики.

Теоретические выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой I Э = const определ я ютс я зависимостью (5.6): (5.6) Они представлены на рис. 5-2,а.

Вправо по горизонтальной оси прин я то откладывать рабочее, т. е. обратное, напр я жение коллектора (отрицательное дл я транзисторов типа рn -р и положительное дл я транзисторов типа n -рn ). Значени я протекающего при этом тока коллектора откладывают по вертикальной оси вверх. Такой выбор осей координат выгоден тем, что область характеристик, соответствующа я рабочим режимам, располагаетс я при этом в первом квадранте, что удобно дл я расчетов. Если ток эмиттера равен нулю, то зависимость я ет собой характеристику электронно-дырочного перехода: в цепи коллектора протекает небольшой собственный обратный ток I Ко или с учетом равенства (5.7) ток I КБо . При U эб =0 собственный обратный ток коллектора (5.7) При пр я мом напр я жении коллектора ток измен я ет направление и резко возрастает — открываетс я коллекторный переход (в цел я х нагл я дности на рис. 5-2 дл я положительных напр я жений вз я т более крупный масштаб). Рис 5-2 Если же в цепи эмиттера создан некоторый ток I э , то уже при нулевом напр я жении коллектора в его цепи в соответствии с выражением (5.6) протекает ток I к = I ’ э обусловленный инжекцией дырок из эмиттера.

Поскольку этот ток вызываетс я градиентом концентрации дырок в базе, дл я его поддержани я коллекторного напр я жени я не требуетс я . я жени я ток его несколько возрастает за счет по я влени я собственного тока коллекторного перехода I КБ0 и некоторого увеличени я коэффициента переноса v , вызванного уменьшением толщины базы. При подаче на коллектор пр я мого напр я жени я по я вл я етс я пр я мой ток коллекторного перехода. Так как он течет навстречу току инжекции I э , то результирующий ток в цепи коллектора с ростом пр я мого напр я жени я до величины U K 0 быстро уменьшаетс я до нул я , затем при дальнейшем Рис 5-3 повышении пр я мого напр я жени я коллектора приобретает обратное направление и начинает быстро возрастать. Если увеличить ток эмиттера до значени я я пропорционально вверх на величину т. д. На рис. 5-2,б представлены реальные выходные характеристики транзистора МП14; они имеют такой же вид, как и теоретические, с учетом поправок на термоток перехода и ток его поверхностной проводимости.

Коэффициент передачи тока эмиттера. Как показывает опыт, коэффициент передачи тока а зависит от величины тока эмиттера (рис. 5-3). С ростом тока эмиттера увеличиваетс я напр я женность внутреннего пол я базы, движение дырок на коллектор становитс я более направленным, в результате уменьшаютс я рекомбинационные потери на поверхности базы, возрастает коэффициент переноса я коэффициент инжекции и растут потерн на объемную рекомбинацию, поэтому коэффициент передачи тока начинает уменьшатьс я . В целом зависимость коэффициента передачи тока от тока эмиттера в маломощных транзисторах незначительна, в чем можно убедитьс я , обратив внимание на масштаб по вертикальной оси рис. 5-3. В транзисторах, работающих при высокой плотности тока, наблюдаетс я значительное падение напр я жени я вдоль базы, обусловленное током базы; в результате напр я жение в точках эмиттерного перехода, удаленных от вывода базы, оказываетс я заметно меньшим, чем в близлежащих.

Поэтому эмиттерный ток концентрируетс я по периметру эмиттера ближе к выводу базы, эффективна я площадь эмиттера получаетс я меньше, чем при равномерной инжекции, и коэффициент быстро надает с ростом тока эмиттера. Дл я ослаблени я указанного я влени я примен я ют электроды, имеющие высокое отношение длины периметра к площади: кольцевые и гребенчатые. Схема с общим эмиттером Ранее были рассмотрены статические характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой, когда обща я точка входной и вы ходной цепей находитс я на базовом электроде.

Другой распростра ненной схемой включени я транзистора я в л я етс я схема с общим эмиттером, в которой обща я точка входной и выходной це пей соединена (рис. 5-4). Входным напр я жением в схеме с общим эмиттером я вл я етс я напр я жение базы измер я емое относительно эмиттерного элек трода. Дл я того чтобы эмиттерный пере ход был открыт, напр я жение базы долж но быть отрицательным (рассматриваетс я транзистор типа рn - р ). Выходным напр я жением в схеме с общим эмиттером я вл я етс я напр я жение коллектора измер я емое относительно эмиттерного электрода. Дл я того чтобы коллекторный переход был закрыт, напр я жение коллектора должно быть большим по величине, чем пр я мое напр я жение базы.

Отметим, что в схеме с общим эмиттером в рабочем режиме, когда транзистор открыт, пол я рность источников питани я базы и коллектора одинакова.

Входные характеристики.

Входные характеристики транзистора в схеме с общим Рис. 5-4 эмиттером представл я ют собой зависимость тока базы от напр я жени я базы: при Зависимость тока базы от напр я жений эмиттера и коллектора найдем из уравнений (5.8) и (5.9). (5.8) (5.9) Вычт я второе уравнение из первого, введ я обозначени я (5.10) (5.11) и использовав соотношени я и окончательно получим (5.12) При большом обратном напр я жении коллектора, когда ток базы (5.13) Если при этом напр я жение базы также обратное ( то ток базы идеального транзистора (5.14) В реальном транзисторе добавл я ютс я токи утечки и термотоки переходов, поэтому обратный ток базы закрытого транзистора (5.15) Входные характеристики транзистора показаны на рис. 5-5. При обратном напр я жении базы и коллектора, т. е. в закрытом транзисторе, согласно выражению (5.15), ток базы я вл я етс я в основном собственным током коллекторного перехода Поэтому при уменьшении обратного напр я жени я базы до нул я ток базы сохран я ет свою величину: . При подаче пр я мого напр я жени я на базу открываетс я эмиттерный переход и в цепи базы по я вл я етс я рекомбинационна я составл я юща я тока . Ток базы в этом режиме в соответствии с выражением ; при увеличении пр я мого напр я жени я он уменьшаетс я вначале до нул я , а затем измен я ет направление и возрастает почти экспоненциально согласно соотношению (5.12). Рис 5-5 Рис 5-6 Когда на коллектор подано большое обратное напр я жение, оно оказывает незначительное вли я ние на входные характеристики транзистора. Как видно из рис. 5-5, при увеличении обратного напр я жени я коллектора входна я характеристика лишь слегка смещаетс я вниз, что объ я сн я етс я увеличением тока поверхностной проводимости коллекторного перехода и термотока. При напр я жении коллектора, равном нулю, ток во входной цепи значительно возрастает по сравнению с рабочим режимом потому что пр я мой ток базы в данном случае проходит через два параллельно включенных перехода— коллекторный и эмиттерный. В целом уравнение (5.12) достаточно точно описывает входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером, но дл я кремниевых транзисторов лучшее совпадение получаетс я , если вместо и брать Коэффициент передачи тока базы.

Найдем зависимость тока коллектора от тока базы с помощью выражений: , или (5.16) Величина (5.17) называетс я коэффициентом передачи тока базы.

Поскольку коэффи циент передачи тока эмиттера близок к единице, значение обычно лежит в пределах от 10 до 1000 и более.

Коэффициент передачи тока базы существенно зависит и от тока эмиттера (рис. 5-6). С ростом тока эмиттера коэффициент передачи тока базы вначале повышаетс я вследствие увеличени я напр я женности внутреннего пол я базы, ускор я ющего перенос дырок через базу к кол лектору и этим уменьшающего рекомбинационные потери на поверхности базы. При значительной величине тока эмиттера коэффициент передачи тока базы начинает падать за счет снижени я коэффициента инжекции, уменьшени я эффективной площади эмиттера и увеличени я рекомбина ционных потерь в объеме базы.

Перечисленные причины обусловливают, как указывалось, не большую зависимость коэффициента передачи тока эмиттера а от тока эмиттера I э (см. рис. 5-3). Но коэффициент передачи тока базы при изменении тока эмиттера может измен я тьс я в несколько раз, поскольку в выражении (5.17) в знаменателе стоит разность близких величин Введ я обозначение дл я коэффициента передачи тока базы в вы ражение (5.16), получим основное уравнение, определ я ющее св я зь между токами коллектора и базы в схеме с общим эмиттером: (5.18) Зависимость тока коллектора от напр я жений базы и коллектора можно найти из выражени я (5.48), заменив в нем U ЭБ на - U БЭ и U КБ (5.19) Уравнени я (5.18) и (5.19) я вл я ютс я основ ными дл я транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Выходные характеристики.

Выходные характеристики транзис тора в схеме с общим эмиттером при опреде л я ютс я соотношением (5.18) и изображены на рис. 5-7. Минимально возможна я величина коллекторного тока получаетс я в том случае, когда закрыты оба перехода - и коллектора базы в этом случае согласно выражению (5.14) (5.20) где ток эмиттера закрытого транзистора. Рис. 5-7 Ток коллектора закрытого транзистора в соответствии с выраже ни я ми (5.18) и (5.20) (5.21) Ввиду малости тока а характеристика на рис.4,19 не видна, она совпадает с осью напр я жений. При токе базы, равном нулю, что имеет место при небольшом пр я мом напр я жении базы, когда рекомбинационна я составл я юща я тока базы равна обратному току коллекторного перехода . коллекторный ток в соответствии с выражением (5.18) (5.22) С ростом коллекторного напр я жени я заметно увеличение этого то ка вследствие увеличени я коэффициента передачи тока базы . При токе базы выходна я характеристика транзистора смещаетс я вверх на величину . Соответственно выше идут характеристики при больших токах базы , и т. д. Ввиду зависимости коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера рассто я ние по вертикали между ха рактеристиками не остаетс я посто я нным: вначале оно возрастает, а затем уменьшаетс я . При снижении коллекторного напр я жени я до величины, меньшей напр я жени я базы, открываетс я коллекторный переход, что должно было бы повлечь за собой увеличение тока базы, но по условию он должен быть посто я нным. Дл я поддержани я тока базы на заданном уровне приходитс я снижать напр я жение базы, что сопровождаетс я уменьшением токов эмиттера и коллектора, поэтому выходные характеристики при имеют резкий спад.

Транзистор переходит в режим насыщени я , при котором неосновные носители зар я да инжектируютс я в базу не только эмиттерным, но и коллекторным переходом Эффективность управлени я коллекторным током при этом существенно снижаетс я , коэффициент передачи тока базы резко уменьшаетс я . Как показано на рис. 5-7 крупным масштабом в окружности, выходна я характеристика при наличии тока базы не проходит через начало координат: при на коллекторе существует обратное напр я жение пор я дка нескольких дес я тых вольта.

Величину этого напр я жени я нетрудно найти из соотношени я (5.19), обозначив при : Отсюда (5.23) где напр я жение коллектора в схеме ОБ, при котором , а напр я жение, действующее в этот момент на базе. Из формулы (5.23) вытекает физический смысл напр я жени я : оно должно иметь такую величину, чтобы создаваемый им ток инжекции коллекторного перехода полностью компенсировал поступающий з коллекторный переход ток инжекции эмиттерного перехода поскольку, по условию, результирующий коллекторный ток . Дл я расчета транзисторных схем иногда примен я ют выходные характеристики, сн я тые при посто я нном напр я жении базы. Они отличаютс я от рассмотренных характеристик, снимаемых при посто я нном токе базы, большей неравномерностью рассто я ний по вертикали между соседними характеристиками, обусловленной экспоненциальной зависимостью между напр я жением и током базы. 6. Анализ эквивалентных схем бипол я рного транзистора . Все параметры можно разделить на собственные (или первичные) и вторичные.

Собственные параметры характеризуют свойства самого транзистора независимо от схемы его включени я , а вторичные параметры дл я различных схем включени я различны. Рис. 6-1. Эквивалентные Т-образные схемы транзистора с генератором ЭДС (а) и тока (б). В качестве собственных параметров помимо знакомого нам коэффициента усилени я по току принимают некоторые сопротивлени я в соответствии с эквивалентной схемой транзистора дл я переменного тока (рис. 6-1). Эта схема, называема я Т-образной, отображает электрическую структуру транзистора и учитывает его усилительные свойства. Как в этой, так и в других эквивалентных схемах следует подразумевать, что на вход включаетс я источник усиливаемых колебаний, создающий входное напр я жение с амплитудой R H . Здесь и в дальнейшем дл я переменных токов и напр я жений будут, как правило, указаны их амплитуды. Во многих случа я х они могут быть заменены действующими, а иногда и мгновенными значени я ми.

Основными первичными параметрами я вл я ютс я сопротивлени я и я эмиттера, коллектора и базы дл я переменного тока. Сопротивление я ет собой сопротивление эмиттерного перехода, к которому добавл я етс я сопротивление эмиттерной области.

Подобно этому я вл я етс я суммой сопротивлений коллекторного перехода и коллекторной области, но последнее очень мало по сравнению с сопротивлением перехода. А сопротивление есть поперечное сопротивление базы. В схеме на рис. 6-1,а усиленное переменное напр я жение на выходе получаетс я от некоторого эквивалентного генератора, включенного в цепь коллектора; ЭДС этого генератора пропорциональна току эмиттера Эквивалентный генератор надо считать идеальным, а роль его внутреннего сопротивлени я выполн я ет сопротивление я на внутреннее сопротивление. В данном случае ток короткого замыкани я равен при Вместо генератора ЭДС можно ввести в схему генератор тока. Тогда получаетс я наиболее часто примен я ема я эквивалентна я схема (рис. 6-1, б). В ней генератор тока создает ток, равный я первичных параметров примерно следующие.

Сопротивление я ет дес я тки Ом, я м в качестве четвертого собственного параметра добавл я ют еще я эквивалентна я схема транзистора пригодна только дл я низких частот. На высоких частотах необходимо учитывать еще емкости эмиттерного и коллекторного переходов, что приводит к усложнению схемы. Рис. 6-2. Эквивалентна я Т-образна я схема транзистора, включенного по схеме ОЭ Эквивалентна я схема с генератором тока дл я транзистора, включенного по схеме ОЭ. показана на рис. 6-2. В ней генератор дает ток или, приближенно и я коллекторного перехода в схеме ОЭ объ я сн я етс я тем, что в этой схеме некотора я часть напр я жени я приложена к эмиттерному переходу и усиливает в нем инжекцию. Вследствие этого значительное число инжектированных носителей приходит к коллекторному, переходу и его сопротивление снижаетс я . Переход от эквивалентной схемы ОБ к схеме ОЭ можно показать следующим образом. Напр я жение, создаваемое любым генератором, равно разности между ЭДС и падением напр я жени я на внутреннем сопротивлении. Дл я схемы по рис. 6-1, а это будет Заменим здесь на сумму В этом выражении первое слагаемое представл я ет собой ЭДС, а второе слагаемое есть падение напр я жени я от тока на сопротивлении я вл я етс я сопротивлением коллекторного перехода. А ток короткого замыкани я , создаваемый эквивалентным генератором тока, равен отношению ЭДС к внутреннему сопротивлению, т. е. Рассмотренные Т-образные эквивалентные схемы я вл я ютс я приближенными, так как на самом деле эмиттер, база и коллектор соединены друг с другом внутри транзистора не в одной точке. Но тем не менее использование этих схем дл я решени я теоретических и практических задач не дает значительных погрешностей. 7. Н – параметры бипол я рного транзистора. В насто я щее врем я основными считаютс я смешанные (или гибридные) параметры, обозначаемые буквой h или H . Название «смешанные» дано потому, что среди них имеютс я две относительные величины, одно сопротивление и одна проводимость.

Именно h -параметры привод я тс я во всех справочниках.

Параметры системы h удобно измер я ть. Это весьма важно, так как публикуемые в справочниках параметры я вл я ютс я средними, полученными в результате измерений параметров нескольких транзисторов данного типа. Два из h -параметров определ я ютс я при коротком замыкании дл я переменного тока на выходе, т. е. при отсутствии нагрузки в выходной цепи. В этом случае на выход транзистора подаетс я только посто я нное напр я жение (u 2 = const ) от источника Е 2 . Остальные два параметра определ я ютс я при разомкнутой дл я переменного тока входной цепи, т. е. когда во входной цепи имеетс я только посто я нный ток ( i 1 = const ) , создаваемый источником питани я . Услови я и 2 = const и i 1 = const нетрудно осуществить на практике при измерении h -параметров. В систему h -параметров вход я т следующие величины.

Входное сопротивление при u 2 = const (7.1) представл я ет собой сопротивление транзистора между входными зажимами дл я переменного входного тока при коротком замыкании на выходе, т. е. при отсутствии выходного переменного напр я жени я . При таком условии изменение входного тока я вл я етс я результатом изменени я только входного напр я жени я я жение, то оно за счет обратной св я зи, существующей в транзисторе, вли я ло бы на входной ток. В результате входное сопротивление получалось бы различным в зависимости от переменного напр я жени я на выходе, которое, в свою очередь, зависит от сопротивлени я нагрузки R H . Но параметр должен характеризовать сам транзистор (независимо от R H ), и поэтому он определ я етс я при u 2 = const , т. е. при R H = 0 . Коэффициент обратной св я зи по напр я жению при (7.2) показывает, кака я дол я выходного переменного напр я жени я передаетс я на вход транзистора вследствие наличи я в нем внутренней обратной св я зи.

Условие в данном случае подчеркивает, что во входной цепи нет переменного тока, т. е. эта цепь разомкнута дл я переменного тока, и, следовательно, изменение напр я жени я на входе я только выходного напр я жени я Как уже указывалось, в транзисторе всегда есть внутренн я я обратна я св я зь за счет того, что электроды транзистора имеют электрическое соединение между собой, и за счет сопротивлени я базы. Эта обратна я св я зь существует на любой низкой частоте, даже при f =0 , т. е. на посто я нном токе.

Коэффициент усилени я по току (коэффициент передачи тока) при u 2 = const (7.3) показывает усиление переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.

Условие u 2 = const , т. е. R H = 0 , и здесь задаетс я дл я того, чтобы изменение выходного тока зависело только от изменени я входного тока я параметр будет действительно характеризовать усиление тока самим транзистором. Если бы выходное напр я жение мен я лось, то оно вли я ло бы на выходной ток и по изменению этого тока уже нельз я было бы правильно оценить усиление.

Выходна я проводимость при (7.4) представл я ет собой внутреннюю проводимость дл я переменного тока между выходными зажимами транзистора. Ток должен измен я тьс я только под вли я нием изменени я выходного напр я жени я и 2 . Если при этом ток я нным, то его изменени я вызовут изменени я тока и значение h 22 будет определено неправильно.

Величина h 22 измер я етс я в сименсах (См). Так как проводимость в практических расчетах примен я етс я значительно реже, нежели сопротивление, то в дальнейшем мы часто будем пользоватьс я вместо h 22 выходным сопротивлением 8. Работа бипол я рного транзистора на высоких частотах. С повышением частоты усиление, даваемое транзисторами, снижаетс я . Имеютс я две главные причины этого я влени я . Во-первых, на более высоких частотах вредно вли я ет емкость коллекторного перехода я ние на эквивалентной схеме с генератором тока, показанной дл я схемы ОБ на рис. 8-1. Рис. 8-1. Эквивалентна я схема транзистора с учетом емкостей переходов На низких частотах сопротивление емкости очень большое, также очень велико (обычно идет в нагрузочный резистор, т. е. я сравнительно малым и в нее ответвл я етс я заметна я часть тока, создаваемого генератором, а ток через соответственно уменьшаетс я . Следовательно, уменьшаютс я я жение и выходна я мощность. Если представить себе, что частота стремитс я к бесконечности, то сопротивление емкости я к нулю, т. е. создает короткое замыкание дл я генератора и весь его ток пойдет через Емкость эмиттерного перехода С э также уменьшает свое сопротивление с повышением частоты, но она всегда шунтирована малым сопротивлением эмиттерного перехода и поэтому ее вредное вли я ние может про я вл я тьс я только на очень высоких частотах, на которых значение я одного пор я дка с Сущность вли я ни я емкости С э состоит в том, что чем выше частота, тем меньше сопротивление этой емкости, тем сильнее она шунтирует сопротивление я переменное напр я жение на эмиттерном переходе, а ведь именно оно управл я ет током коллектора.

Соответственно уменьшаетс я эффект от усилени я . Если частота стремитс я к бесконечности, то сопротивление стремитс я к нулю и напр я жение на эмиттерном переходе также снизитс я до нул я . Практически на менее высоких частотах емкость я шунтирована очень большим сопротивлением коллекторного перехода я ет, что работа транзистора на более высоких частотах, на которых могла бы вли я ть емкость С э становитс я нецелесообразной.

Поэтому вли я ние емкости С э в большинстве случаев можно не рассматривать. Итак, вследствие вли я ни я емкости С к на высоких частотах уменьшаютс я коэффициенты усилени я и Второй причиной снижени я усилени я на более высоких частотах я вл я етс я отставание по фазе переменного тока коллектора от переменного тока эмиттера. Оно вызвано инерционностью процесса перемещени я носителей через базу от эмиттерного перехода к коллекторном), а также инерционностью процессов накоплени я и рассасывани я зар я да в базе.

Носители, например электроны в транзисторе типа n - p - n . совершают в базе диффузионное движение, и поэтому скорость их не очень велика. Врем я пробега носителей через базу в обычных транзисторах 10 -7 с, т. е. 0,1 мкс и менее.

Конечно, это врем я очень не большое, но на частотах в единицы, дес я тки мегагерц и выше оно соизмеримо с периодом колебаний и вызывает заметный фазовый сдвиг между токами коллектора и эмиттера. За счет сдвига на высоких частотах воз растает переменный ток базы, а от этого снижаетс я коэффициент усилени я по току . Рис. 8-2 Рис. 8-3. Рис. 8-2 Векторные диаграммы дай токов транзистора при различных частотах. Рис. 8-3 Уменьшение коэффициентов и при повышении частоты.

Удобнее всего проследить это я вление с помощью векторных диаграмм, изображенных на рис. 8-2. Перва я из них соответствует низкой частоте, например 1 кГц, на которой все токи практически совпадают по фазе, так как составл я ет ничтожную долю периода колебаний. На низких частотах имеет свое наибольшее значение . При более высокой частоте, например 1 МГц, запазды вание тока на врем я относительно тока вызывает заметный фазовый сдвиг между этими токами.

Теперь ток базы равен не алгебраической, а геометрической разности токов и и вследствие этого он значительно увеличилс я . Поэтому, даже если ток еще не уменьшилс я за счет вли я ни я емкости С к , то коэффициент все же станет заметно меньше На еще более высокой частоте, например 10 МГц, фазовый сдвиг возрастет, ток еще больше увеличитс я , а коэффициент уменьшитс я . Таким образом, при повышении частоты коэффициент уменьшаетс я зна чительно сильнее, нежели Коэффициент а снижаетс я от вли я ни я емкости С к а на значение вли я ет еще и фазовый сдвиг между и за счет времени пробега носителей через базу.

Отсюда я сно, что схема ОЭ по срав нению со схемой ОБ обладает значительно худшими частотными свойствами. Прин я то считать предельным допустимым уменьшение значений и на 30% по сравнению с их значени я ми и на низких частотах. Те частоты , на которых происходит такое снижение усилени я , т. е. на которых и я дл я схем ОБ и ОЭ. Эти частоты обозначают соответственно и уменьшаетс я гораздо сильнее, нежели значительно ниже На рис. 8-3 изображен примерный график, показывающий дл я некоторого транзистора уменьшение коэффициентов и с повышением частоты, отло женной на графике в логарифмическом масштабе. Дл я удобства по верти кальной оси отложены не сами и , а относительные величины и Помимо предельных частот усилени я и транзистор характеризуетс я еще максимальной частотой генерации , при которой коэффициент усилени я по мощности снижаетс я до 1. Очевидно, что при , когда , возможно применение данного транзистора в генераторе с самовозбуждением Но если , то генерации колебаний уже не будет.

Иногда в расчетных формулах встречаетс я также гранична я частота усилени я тока я соответствует Следует отметить, что на высоких частотах происходит не только изменение значений и , Вследствие вли я ни я емкостей переходов и времени пробега носителей через базу, а также процессов накоплени я и рассасывани я зар я да в базе собственные параметры транзистора на высоких частотах измен я ютс я и уже не я вл я ютс я чисто активными сопротивлени я ми. Измен я ютс я также и все другие параметры.

Улучшение частотных свойств транзисторов, т. е. повышение их предельных частот усилени я и , достигаетс я уменьшением емкости коллекторного перехода С к и времени пробега носителей через базу . К сожалению, снижение емкости путем уменьшени я площади коллекторного перехода приводит к уменьшению предельного тока. т. е. к снижению предельной мощности.

Некоторое снижение емкости С к достигаетс я уменьшением концентрации примеси в коллекторе. Тогда коллекторный переход становитс я толще, что равноценно увеличению рассто я ни я между обкладками конденсатора.

Емкость уменьшаетс я , и, кроме того, при большей толщине перехода увеличиваетс я напр я жение пробо я и это дает возможность повысить мощность. Но зато возрастает сопротивление области коллектора и в ней потери мощности будут больше, что особенно нежелательно дл я мощных транзисторов. Дл я уменьшени я стараютс я сделать базу очень тонкой и увеличить скорость носителей в ней. Но при более тонкой базе приходитс я снижать напр я жение , чтобы при увеличении толщины коллекторного перехода не произошел «прокол базы». Электроны при диффузии обладают большей подвижностью, нежели дырки.

Поэтому транзисторы типа n - p - n при прочих равных услови я х я вл я ютс я более высокочастотными, нежели транзисторы типа p - n - p . Более высокие предельные частоты могут быть получены при использовании полупроводников, у которых подвижность носителей выше.

Увеличение скорости пробега носителей через базу достигаетс я также в тех транзисторах, у которых в базе создано электрическое поле, ускор я ющее движение носителей. 9. Работа бипол я рного транзистора в импульсном режиме Транзисторы широко примен я ютс я в различных импульсных устройствах.

Работа транзисторов в импульсном режиме, иначе называемом ключевым или режимом переключени я , имеет р я д особенностей.

Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных характеристик дл я схемы ОЭ. Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки я нагрузки. До поступлени я на вход транзистора импульса входного тока или входного напр я жени я транзистор находитс я в запертом состо я нии (в режиме отсечки), что соответствует точке В цели коллектора проходит малый ток (в данном случае сквозной ток и, следовательно, эту цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напр я жение источника почти все полностью приложено к транзистору. Рис. 9-1. Определение параметров импульсного режима транзисторов с помощью выходных характеристик. Если на вход подан импульс тока то транзистор переходит в режим насыщени я и работает в точке . Получаетс я импульс тока коллектора , очень близкий по значению к . Его иногда называют током насыщени я . В этом режиме транзистор выполн я ет роль замкнутого ключа и почти все напр я жение источника падает на я лишь очень небольшое остаточное напр я жение в дес я тые доли вольта, называемое напр я жением насыщени я Хот я напр я жение в точке не изменило свой знак, но на самом коллекторном переходе оно стало пр я мым, и поэтому точка действительно соответствует режиму насыщени я . Покажем это на следующем примере. Пусть имеетс я транзистор n - p - n и я жение на базе я жение я мое напр я жение 0,4 В. Конечно, если импульс входного тока будет меньше , то импульс тока коллектора также уменьшитс я . Но зато увеличение импульса тока базы сверх практически уже не дает возрастани я импульса выходного тока. Таким образом, максимальное возможное значение импульса тока коллектора (9.1) Помимо и импульсный режим характеризуетс я также коэффициентом усилени я по току В, который в отличие от определ я етс я не через приращени я токов, а как отношение токов, соответствующих точке (9.2) Иначе говор я , я вл я етс я параметром, характеризующим усиление малых сигналов, а В относитс я к усилению больших сигналов, в частности импульсов, и по значению несколько отличаетс я от Параметром импульсного режима транзистора служит также его сопротивление насыщени я (9.3) Значение у транзисторов дл я импульсной работы обычно составл я ет единицы, иногда дес я тки Ом.

Аналогично рассмотренной схеме ОЭ работает в импульсном режиме и схема ОБ. Рис. 9-2. Искажение формы импульса тока транзистором. Если длительность входного импульса во много раз больше времени переходных процессов накоплени я и рассасывани я зар я дов в базе транзистора, то импульс выходного тока имеет почти такую же длительность и форму, как и входной импульс. Но при коротких импульсах, т. е. если составл я ет единицы микросекунд и меньше, может наблюдатьс я значительное искажение формы импульса выходного тока и увеличение его длительности. Дл я примера на рис. 9-2 показаны графики короткого импульса входного тока пр я моугольной формы и импульса выходного тока при включении транзистора по схеме ОБ. Как видно, импульс коллекторного тока начинаетс я с запаздыванием на врем я (врем я задержки), что объ я сн я етс я конечным временем пробега носителей через базу. Этот ток нарастает постепенно в течение времени (длительности фронта), составл я ющего заметную часть я зано с накоплением носителей в базе. Кроме того, носители, инжектированные в базу в начале импульса входного тока, имеют разные скорости и не все сразу достигают коллектора. Врем я я вл я етс я временем включени я я входного импульса за счет рассасывани я зар я да, накопившегос я в базе, ток продолжаетс я некоторое врем я (врем я рассасывани я ), а затем постепенно спадает в течение времени спада я + есть врем я выключени я я по форме от пр я моугольного и раст я нут во времени по сравнению с входным импульсом.

Следовательно, замедл я етс я процесс включени я и выключени я коллекторной цепи, зат я гиваетс я врем я , в течение которого эта цепь находитс я в замкнутом состо я нии. Иначе говор я , за счет инерционности процессов накоплени я и рассасывани я зар я да в базе транзистор не может осуществл я ть достаточно быстрое включение и выключение, т. е. не обеспечивает достаточное быстродействие ключевого режима. На рис. 9-2 показан еще график тока базы, построенный на основании соотношени я Специальные транзисторы дл я работы короткими импульсами должны иметь малые емкости и тонкую базу. Как правило, это маломощные дрейфовые транзисторы. Чтобы быстрее рассасывалс я зар я д, накапливающийс я в базе, в нее добавл я ют в небольшом количестве примеси, способствующие быстрой рекомбинации накопленных носителей (например, золото). 10. Математическа я модель бипол я рного транзистора. Обща я эквивалентна я схема транзистора, используема я при получении математической модели, показана на рис.10-1. Каждый pn -переход представлен в виде диода, а их взаимодействие отражено генераторами токов. Если эмиттерный p - n -переход открыт, то в цепи коллектора будет протекать ток, несколько меньший эмиттерного (из-за процесса рекомбинации в базе). Он обеспечиваетс я генератором тока . Индекс N означает нормальное включение. Так как в общем случае возможно и инверсное включение транзистора, при котором коллекторный p - n -переход открыт, а эмиттерный смещен в обратном направлении и пр я мому коллекторному току соответствует эмиттерный ток , в эквивалентную схему введен второй генератор тока - коэффициент передачи коллекторного тока. Таким образом, токи эмиттера и коллектора в общем случае содержат две составл я ющие: инжектируемую ( или и собираемую ( или (10.1) Эмиттерный и коллекторный p - n -переходы транзистора аналогичны p - n -переходу диода. При раздельном подключении напр я жени я к каждому переходу их вольтамперна я характеристика определ я етс я так же, как и в случае диода.

Однако если к одному из p - n -переходов приложить напр я жение, а выводы другого p - n -перехода замкнуть между собой накоротко, то ток, протекающий через p - n -переход, к которому приложено напр я жение, увеличитс я из-за изменени я распределени я неосновных носителей зар я да в базе. Тогда: (10.2) где - тепловой ток эмиттерного p - n -перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах базы и коллектора; - тепловой ток коллекторного p - n -перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах базы и эмиттера. Рис. 10-1. Эквивалентна я схема идеализированного транзистора Св я зь между тепловыми токами p - n -переходов , включенных раздельно, И тепловыми токами , получим из (10.1 и 10.2). Пусть . Тогда . При . Подставив эти выражени я в (10.1), дл я тока коллектора получим Соответственно дл я имеем Токи коллектора и эмиттера с учетом (10.2) примут вид (10.3) На основании закона Кирхгофа ток базы (10.4) При использовании (10.1)-(10.4) следует помнить, что в полупроводниковых транзисторах в самом общем случае справедливо равенство (10.5) Решив уравнени я (10.3) относительно получим (10.6) Это уравнение описывает выходные характеристики транзистора.

Уравнени я (10.3), решенные относительно , дают выражение, характеризующее идеализированные входные характеристики транзистора: (10.7) В реальном транзисторе кроме тепловых токов через переходы протекают токи генерации — рекомбинации, канальные токи и токи утечки.

Поэтому , , , как правило, неизвестны. В технических услови я х на транзисторы обычно привод я т значени я обратных токов p-n-переходов . определенные как ток соответствующего перехода при неподключенном выводе другого перехода. Если p-n-переход смещен в обратном направлении, то вместо теплового тока можно подставл я ть значение обратного тока, т. е. считать, что и . В первом приближении это можно делать и при пр я мом смещении p-n-перехода. При этом дл я кремниевых транзисторов вместо следует подставл я ть , где коэффициент m учитывает вли я ние токов реального перехода ( m = 2 - 4). С учетом этого уравнени я (10.3), (10.5) часто записывают в другом виде, который более удобен дл я расчета цепей с реальными транзисторами: (10.8) (10.9) (10.10) где . Различают три основных режима работы бипол я рного транзистора: активный, отсечки, насыщени я . В активном режиме один из переходов бипол я рного транзистора смещен в пр я мом направлении приложенным к нему внешним напр я жением, а другой - в обратном направлении.

Соответственно в нормальном активном режиме в пр я мом направлении смещен эмиттерный переход, и в (10.3), (10.8) напр я жение имеет знак «+». Коллекторный переход смещен в обратном направлении, и напр я жение в (10.3) имеет знак « - ». При инверсном включении в уравнени я (10.3), (10.8) следует подставл я ть противоположные пол я рности напр я жений , . При этом различи я между инверсным и активным режимами нос я т только количественный характер. Дл я активного режима, когда и (10.6) запишем в виде . Учитыва я , что обычно и , уравнение (10.7) можно упростить: (10.11) Таким образом, в идеализированном транзисторе ток коллектора и напр я жение эмиттер-база при определенном значении тока не завис я т от напр я жени я , приложенного к коллекторному переходу. В действительности изменение напр я жени я мен я ет ширину базы из-за изменени я размеров коллекторного перехода и соответственно измен я ет градиент концентрации неосновных носителей зар я да. Так, с увеличением ширина базы уменьшаетс я , градиент концентрации дырок в базе и ток увеличиваютс я . Кроме этого, уменьшаетс я веро я тность рекомбинации дырок и увеличиваетс я коэффициент . Дл я учета этого эффекта, который наиболее сильно про я вл я етс я при работе в активном режиме, в выражение (10.11) добавл я ют дополнительное слагаемое (10.12) - дифференциальное сопротивление запертого коллекторного p-n-перехода. Вли я ние напр я жени я на ток оцениваетс я с помощью коэффициента обратной св я зи по напр я жению , который показывает, во сколько раз следует измен я ть напр я жение дл я получени я такого же изменени я тока , какое дает изменение напр я жени я . Знак минус означает, что дл я обеспечени я = const приращени я напр я жений должны иметь противоположную пол я рность.

Коэффициент достаточно мал ( ), поэтому при практических расчетах вли я нием коллекторного напр я жени я на эмиттерное часто пренебрегают. В режиме глубокой отсечки оба перехода транзистора смещены в обратном направлении с помощью внешних напр я жений.

Значени я их модулей должны превышать . Если модули обратных напр я жений приложенных к переходам транзистора окажутс я меньше , то транзистор также будет находитьс я в области отсечки.

Однако токи его электродов окажутс я больше, чем в области глубокой отсечки.

Учитыва я , что напр я жени я и имеют знак минус, и счита я , что и , выражение (10.9) запишем в виде (10.13) Подставив в (10.13) значение , найденное из (10.8), и раскрыв значение коэффициента А, получим (10.14) что , а , то выражени я (10.14) существенно упрост я тс я и примут вид (10.15) где ; Из (10.15) видно, что в режиме глубокой отсечки ток коллектора имеет минимальное значение, равное току единичного p - n -перехода, смещенного в обратном направлении. Ток эмиттера имеет противоположный знак и значительно меньше тока коллектора, так как . Поэтому во многих случа я х его считают равным нулю: . Ток базы в режиме глубокой отсечки приблизительно равен току коллектора: (10.15) Режим глубокой отсечки характеризует запертое состо я ние транзистора, в котором его сопротивление максимально, а токи электродов минимальны. Он широко используетс я в импульсных устройствах, где бипол я рный транзистор выполн я ет функции электронного ключа. При режиме насыщени я оба p - n -перехода транзистора с помощью приложенных внешних напр я жений смещены в пр я мом направлении. При этом падение напр я жени я на транзисторе ( ) минимально и оцениваетс я дес я тками милливольт. Режим насыщени я возникает тогда, когда ток коллектора транзистора ограничен параметрами внешнего источника энергии и при данной схеме включени я не может превысить какое-то значение . В то же врем я параметры источника внешнего сигнала вз я ты такими, что ток эмиттера существенно больше максимального значени я тока в коллекторной цепи: . Тогда коллекторный переход оказываетс я открытым, падение напр я жени я на транзисторе—минимальным и не завис я щим от тока эмиттера. Его значение дл я нормального включени я при малом токе ( ) равно (10.16) Дл я инверсного включени я (10.16) В режиме насыщени я уравнение (10.12) тер я ет свою справедливость. Из сказанного я сно, что, дл я того чтобы транзистор из активного режима перешел в режим насыщени я , необходимо увеличить ток эмиттера (при нормальном включении) так, чтобы начало выполн я тьс я условие Причем значение тока , при котором начинаетс я этот режим, зависит от тока , определ я емого параметрами внешней цепи, в которую включен транзистор. 11. Измерение параметров бипол я рного транзистора. Дл я проверки параметров транзисторов на соответствие требовани я м технических условий, а также дл я получени я данных, необходимых дл я расчета схем, используютс я стандартные измерители параметров транзисторов, выпускаемые промышленностью. С помощью простейшего испытател я транзисторов измер я ютс я коэффициент усилени я по току я проводимость и начальный ток коллектора Более сложные измерители параметров позвол я ют, быстро определив значени я транзисторов в схемах ОБ и ОЭ, оценить, наход я тс я ли измеренные параметры в пределах допустимого разброса и пригодны ли испытанные транзисторы к применению по критерию надежности.

Параметры транзисторов можно определить также по имеющимс я в справочниках пли сн я тым в лабораторных услови я х характеристикам. При определении параметров обычно измер я ют обратные токи коллектора (всегда) и эмиттера (при необходимости) в специальных схемах дл я транзисторов — усилителей, работающих в выходных каскадах, и дл я транзисторов — переключателей. При измерени я х малых токов используют высокочувствительные микроамперметры, которые нуждаютс я в защите от перегрузок.

Необходимо измерить также напр я жени я , . Напр я жение измер я ют при заданном токе ограниченном сопротивлением в коллекторе, по наблюдению на экране осциллографа участка вольтамперной характеристики, соответствующего лавинному пробою. Можно также измер я ть величину вольтметром по падению напр я жени я на ограничивающем сопротивлении. При этом фиксируетс я показание прибора в момент резкого возрастани я тока. Напр я жение измер я етс я по изменению направлени я тока базы. Напр я жение между эмиттером и коллектором фиксируетс я в момент, когда ток базы (при этом определ я ют аналогично напр я жению измерение производитс я в схеме ОЭ в режиме насыщени я при заданном коэффициенте насыщени я . Желательно измерени я производить в импульсном режиме, чтобы рассеиваема я транзистором мощность была минимальной.

Величина определ я етс я аналогично напр я жению в схеме ОЭ. Среди параметров, характеризующих частотные свойства транзисторов, наиболее просто измерить величину я ее определени я следует измерить на частоте , указываемые в качестве параметров, взаимосв я заны и могут быть вычислены. При измерении барьерной емкости коллекторного перехода С к обычно используют метод сравнени я с эталонной емкостью в колебательном контуре и Q -метр.

Емкость измер я етс я при заданном обратном напр я жении на переходе.

Важным я вл я етс я измерение в качестве параметра посто я нной времени (обычно в номинальном режиме транзистора). Переменное напр я жение достаточно большой частоты ( 5 МГц) подаетс я в цепь коллектор — база и вольтметром измер я етс я напр я жение на входе между эмиттером и базой. Затем в измерительную цепь вместо транзистора включаетс я эталонна я цепочка RC . Измен я я значени я RC , добиваютс я тех же показаний вольтметра.

Полученное RC будет равно посто я нной транзистора.

Тепловое сопротивление измер я етс я с помощью термочувствительных параметров ( я мощных транзисторов чаще всего измер я ют величину дл я маломощных - Параметр большого сигнала В измер я етс я на посто я нном токе (отношение или импульсным методом (отношение амплитуд тока коллектора и базы). При измерении h -параметров наибольшие трудности возникают при определении коэффициента обратной св я зи по напр я жению, я ют параметры а затем вычисл я ют по формулам пересчета значение я малосигнальных параметров производ я тс я на частотах не более 1000 Гц. 12. Основные параметры бипол я рного транзистора.

Электрические параметры. Напр я жение насыщени я коллектор-эмиттер при , не более ---------------------------- 0,3 В Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при при Т=298 К ------------ 30 – 90 при Т=358 К ------------ 30 – 180 при Т=228 К ------------- 15 – 90 Модуль коэффициента передачи тока при f =100 МГц , не более ------------------------------- 3 Емкость коллекторного перехода при f =10 МГц не более --- 6 пФ Емкость эмиттерного перехода при f =10 МГц не более ------ 8 пФ Обратный ток коллектора при не более: при Т=228 К и Т =298 К ------- 1 мкА при Т=358 К --------------------- 10 мкА Обратный ток коллектор – эмиттер при , не более 100 мкА Предельные эксплутационные данные. Посто я нное напр я жение коллектор – эмиттер при --------- 17 В Посто я нное напр я жение база – эмиттер при ------------------------------------- 4 В Посто я нный ток коллектора: при Т=298 К ----------------- 10 мА при Т=358 К ----------------- 5 мА Импульсный ток коллектора при ---------------------25 мА Посто я нна я рассеиваема я мощность коллектора: при Т=228 - 298 К ----------------- 1 мВт при Т=358 К ------------------------ 5 мВт Импульсна я рассеиваема я мощность коллектора 50 мВт Температура окружающей среды ------------------------------------От 228 до 358 К Максимально допустима я посто я нна я рассеиваема я мощность коллектора в мВт при Т=298 – 358 К определ я етс я по формуле: Графики: Рис 12-1 Входные характеристики Рис 12-3 Зависимость статического коэффициента передачи тока от напр я жени я коллектор-эмиттер Рис 12-2 Зависимость обратного тока коллектора от температуры Рис 12-4 Зависимость статического коэффициента передачи тока от тока эмиттера 13. Применение бипол я рных транзисторов в электронных схемах.

Данный радиомикрофон предназначен дл я озвучивани я меропри я тий, и т. д.

Устройство работает в УКВ диапазоне на частоте 87,9 МГц, специально отведенной дл я радиомикрофонов, и его сигналы принимают на обычный радиовещательный приемник с диапазоном УКВ-2. Дальность действи я радиомикрофона в пределах пр я мой видимости — более 200 м. Схема и принцип действи я . Схема радиомикрофона приведена на рис. 13-1. Передатчик собран на транзисторе VT4 по однокаскадной схеме. Такое решение дл я миниатюрного устройства, каким я вл я етс я радиомикрофон, оправдано, так как использование в передатчике отдельно задающего генератора и выходного каскада приводит к снижению его экономичности и возрастанию габаритов. Как известно, частота LC-генератора, работающего в области 100 МГц, существенно зависит от напр я жени я питани я . Передатчик содержит два контура — контур L1C9C10C12C13VD2, Задающий частоту генератора, и выходной контур L3C15C16, св я занный с антенной. Это повышает стабильность генерируемой частоты.

Задающий контур подключен к транзистору VT4 по схеме Клаппа. Вли я ние изменени я параметров транзистора VT4 при изменении питающего напр я жени я на задающий контур введено к минимуму выбором малого коэффициента включени я транзистора в контур (определ я етс я емкостью конденсаторов СЮ, С12, С13). Дл я повышени я температурной стабильности частоты применены конденсаторы С9, СЮ, С12, С13 с малым ТКЕ, а коэффициент включени я в задающий контур варикапа VD2 невелик из-за малой емкости конденсатора С9. Выходной П-коктур позвол я ет согласовать антенну с выходом транзистора VT4 и улучшает фильтрацию высших гармоник.

Выходной контур настроен на частоту второй гармоники задающего контура. Это уменьшает вли я ние выходного контура на задающий контур через емкость перехода коллектор—база транзистора VT4, благодар я чему улучшаетс я стабильность частоты передатчика. За счет всех этих мер уход частоты передатчика при изменении питающего напр я жени я от 5 до 10 В невелик и подстройки приемника в процессе работы не требуетс я . Звуковой сигнал с электретного микрофона ВМ1 поступает на вход микрофонного усилител я , собранного на операционном усилителе (ОУ) DA2. Питание микрофон получает через резистор R1 и разв я зывающую цепь R5C2. Дл я снижени я потребл я емой мощности на месте DA2 использован микромощный ОУ К140УД12. Резистор R10 задает потребл я емый ток ОУ около 0,2 мА. Большой мощности от микрофонного усилител я не требуетс я , потому что он нагружен на варикап, а мощность управлени я варикапом, представл я ющим собой обратносмещенный диод, крайне мала R7 и сопротивление участка сток—исток полевого транзистора VT1 образуют цепь отрицательной обратной св я зи, определ я ющей коэффициент усилени я микрофонного усилител я . Канал полевого транзистора VT1 служит регулируемым сопротивлением в системе АРУ. При напр я жении затвор—исток, близком к нулевому, сопротивление канала — около 1 кОм и коэффициент усилени я микрофонного усилител я близок к 100. При возрастании напр я жени я до 0,5... 1 В сопротивление канала повышаетс я до 100 кОм а коэффициент усилени я микрофонного усилител я уменьшаетс я до 1. Это обеспечивает почти неизменный уровень сигнала на выходе микрофонного усилител я при изменении уровн я сигнала на его входе в широких пределах.

Конденсатор С4 создает спад АЧХ микрофонного усилител я в области высоких частот дл я уменьшени я глубины модул я ции на этих частотах и предотвращени я расширени я спектра сигнала передатчика.

Конденсатор СЗ блокирует цепь обратной св я зи усилител я DA2 по посто я нному току. Через резистор R4 на неинвертирующий вход ОУ DA2 поступает напр я жение смещени я , необходимое при однопол я рном питании.

Транзистор VT3 выполн я ет функцию детектора системы АРУ и управл я ет полевым транзистором VT1. Порог срабатывани я системы АРУ устанавливаетс я подстроенным резистором R12. Когда сигнал с выхода микрофонного усилител я и отпирающее напр я жение смещени я с части резистора R12 в сумме сравн я ютс я с напр я жением открывани я перехода эмиттер—база транзистора VT3, последний открываетс я , подава я напр я жение на затвор полевого транзистора VT1. Сопротивление канала полевого транзистора VT1 увеличиваетс я , и коэффициент усилени я микрофонного усилител я уменьшаетс я . Благодар я АРУ амплитуда сигнала на выходе усилител я поддерживаетс я практически на посто я нном уровне. Этот уровень можно регулировать, мен я я резистором R12 напр я жение смещени я транзистора VT3. Цепь R9C5 задает посто я нную времени срабатывани я , а цепь R8C5 — посто я нную времени восстановлени я системы АРУ. Дл я компенсации температурных изменений напр я жени я открывани я перехода эмиттер -база транзистора VT3 напр я жение на резистор R12 подано с диода VD1, Транзистор VT3, цепь формировани я порога срабатывани я АРУ R11R12VD1 и резистор R4, через который поступает смещение на неинвертирующий вход ОУ, получают питание от стабилизатора напр я жени я DA1. Это же напр я жение подано через резистор R14 в качестве наприжени я смещени я на варикап VD 2. Так как емкость варикапа существенно зависит от приложенного к нему напр я жени я смещени я , то к его стабильности предъ я вл я ютс я жесткие требовани я . Поэтому стабилизатором DA1 служит микросхема КР142ЕН19, представл я юща я собой стабилизатор напр я жени я параллельного типа.

Выбором резисторов R2 и R3 задают напр я жение стабилизации около 3,5 В на выводе 3 микросхемы DA1. Балластным сопротивлением служит генератор тока на полевом транзисторе VT2. что повышает экономичность стабилизатора.

Рис 13-1 Электрическа я принципиальна я схема радио микрофона.

14. Литература 1. И.П. Жеребцов «Основы Электроники», Ленинград «Энергатомиздат» 1985 г. 2. В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев «Электроника», Москва «Высша я школа» 1991 г. 3. В.В. Пасынков, Л.К. Чирикин «Полупроводниковые приборы», Москва «Высша я школа» 1987 г. 4. В.А. Батушев «Электронные приборы», Москва «Высша я школа» 1980 г. 5. Морозова И.Г. «Физика электронных приборов», Москва «Атомиздат» 1980 г. 6. Полупроводниковые приборы.

оценка гостиницы в Москве
оценка аренды земельного участка в Калуге
экспертиза автомобиля в Туле