Промежуточное положение между схемами замещения и моделирующими занимает широко распространенная Т-образная эквивалентная схема (рис. 10-25), которая получена путем преобразования схемы замещения с г-пара-метрами при включении транзистора с общей базой. Ее элементы получили особые названия и часто указываются в качестве параметров транзистора: сопротивление эмиттера Гэ, сопротивление базы rg, сопротивление коллектора / к и коэффициент генератора тока с, близкий к а. Эти параметры однозначно связаны с четырехполюсни-

30-1=11-тЧ

П-)-0 л-

Рис. 10-25. Низкочастотные Т-образные эквивалентные схемы. а - с генератором тока; б - с генератором напряжения.

ковнми параметрами транзистора при его включении с общей базой:

Гэ - Zjj - =

ftl2(l+/i2l) .

Гб = . = ;

?21-Xl.

В э'гих формулах z- и А-параметры относятся к схеме с общей базой.

Вариант Т-образной эквивалентной схемы с генератором напряжения г^1э (рис. 10-25, б) отличается от предыдущей схемы только одним параметром

гг = аг.

Т-образные эквивалентные схемы в основном применяются для описания свойств транзистора на низких частотах, пока его параметры (кроме а) не проявляют зависимости от частоты. Однако, заменяя активные сопротивления Гэ, rg и Гк на комплексные Zg, и Zk или добавляя в схему конденсаторы, их иногда используют для расчета каскадов с транзисторами на повышенных частотах.

При использовании этих (;хем считают, что их элементы не зависят от способа включения транзистора, а для учета особенностей того или иного конкретного способа включения присоединяют источник сигнала и нагрузку к соответствующим данному включению зажимам этой схемы (напримерв схеме с общей базой нагрузка включается между коллектором и базой, а в схеме с общим эмиттером - между коллектором и эмиттером).

Естественные эквивалентные схемы имеют несколько отличный вид для транзисторов, различающихся по принципам работы, например для сплавного и дрейфового. Кроме того, естественная эквивалентная схема одного и того же.транзистора может приобретать более или менее сложный вид в зависимости от того, насколько точно и ши-

роко требуется отразить его свойства. Элементы этих схем не зависят от способа включения транзистора, а особенности того или иного способа включения учитываются присоединением источника сигнала и нагрузки к тем точкам эквивалентной схемы, которые соответствуют данному способу включения.

Наиболее распространена семиэлементная эквивалентная схема, удовлетворительно отражающая свойства плоскостных транзисторов до частот порядка (0,5 0,7) fa-На рис. 10-26 представлен вариант этой схемы, удобный для расчета каскадов с транзисторами, включенными по схеме с общим эмиттером.

Часть эквивалентной схемы, расположенная правее точки б', представляет собой эквивалентную схему так называемой одномерной модели транзистора, у которого область базы не обладает электрическим сопротивлением. Точку б' называют внутренней базой в отличие от точки б - внешнего вывода базы транзистора. Между этими точками включено сопротивление rg характеризующее объемное . сопротивление, действующее между активной частью базовой области транзистора и выводом базы. Величина Гд, зависит от удельного сопротивления материала базы, ее геометрических размеров и постоянного тока в цепи базы.

Значение rg, не совпадает со значением параметра rg Т-образной низкочастотной эквивалентной схемы, а^спе-

(? пг- б' 0-I Н-е<-

к -91

Рис. 10-26. Смешанная П-о61>азная эквивалентная схема плоскостного транзистора, содержащая семь элементов.

риментальное определение величины Tg. может быть осуществлено только измерениями на высоких частотах. Поэтому объемное сопротивление базы rg, часто называют высокочастотным сопротивлением базы в отличие от низкочастотного параметра rg.

Параллельно соединенные проводимость gg.g кость Cg э характеризуют сопротивление эмиттерного перехода, обусловленное токами неосновных и основных носителей через него и той реакцией, которую оказывает на него диффузия носителей через область базы. Постоянная времени цепи ёб.э ~-б'.э определяет предельную частоту по току в схеме с общим эмиттером и однозначно связана с эффективным временем жизни неосновных носителей Тэфф:

Элементы gg-.H С^ определяют свойственную транзистору внутреннюю обратную связь. Емкость Ск по существу представляет собой емкость коллекторного перехода. Проводимость gg, связана с изменением условий диффу-

* Одномерной считают такую теоретическую модель транзистора, у которой процессы диффузии в базе описываются уравнением, содержащим лишь одну координату - расстояние вдоль линии, соединяющей эмиттер с базой.

зии неосновных носителей через базу при изменении потенциала коллектора из-за модуляции объемного заряда в приколлекторной области базы. Это же явление определяет величину выходного сопротивления транзистора, которое в данной эквивалентной схеме представлено проводимостью к.э-

Усилительные свойства транзистора, связанные в основном с дрейфом неосновных носителей через коллектор-ный переход; отражает генератор тока Sfg.s. включенный между выходными зажимами.

Следует отметить, что процессы диффузии носителей для точного их отображения требуют использования

иеэ

9б:з

сез

Рис. 10-27. Девятнэлементная П-образная эквивалентная, схема плоскостного транзистора.

электрических цепей типа длинных линий с распределенными параметрами. Соответствующие точные эквивалентные схемы оказываются очень сложными для практических расчетов. Приведенная здесь семиэлементная эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами, часто называемая смешанной П-образной, является в связи с этим приближенной и годится для расчетов на частотах до (0,5 0,7) / . Для повышения ее точности в области высших частот к ней добавляют два элемента (рис. 10-27): индуктивность 1к.э. которая уточняет выходную проводимость транзистора в соответствии с диффузионными процессами, и емкость Ск.б. которая учитывает паразитную емкость конструкции транзистора.

В табл. 10-2 приведены характерные значения параметров рассмотренных эквивалентных схем для некоторых типов транзисторов.

Предельные рабочие частоты транзистора

Для указания высокочастотных свойств транзисторов находят применение несколько специфических параметров, относящихся к классу предельных частот.

Граничная (или предельная) частота усиления по току в схеме с общей базой /и. уже неоднократно упоминавшаяся выше, представляет собой частоту, на которой величина а снижается до 0,7 своего низкочастотного значения Од. Для плоскостных транзисторов обычно определяют просто при а= 0,7 (так как а sal).

Знание одной этой частоты не позволяет судить о том, на какой частоте транзистор способен обеспечивать усиление мощности сигнала или генерировать.

Максимальная частота генерации /ген. макс показывает, на какой максимальной частоте может работать генератор на транзисторе при условии оптимального подбора величины и фазы обратной связи.

У транзисторов, для которых справедлива смешанная П-образная эквивалентная схема, частота /ген. макс определяется соотношением

30 Гб Ск

где /ген. макс - в тысячах мегагерц; /а - в мегагерцах; в- пикофарадах.

Таблица 10-2

Характерные значения параметров эквивалентных схем некоторых типов транзисторов

Примечания: 1. Значения всех параметров приведены при напряжении на коллекторе -5 е н токе эмиттера 1 ма.

2. Значения г-, g- и ft-параметров относятся к области низких частот.

Для транзисторов с / до 3-5 Мгц значение /ген. макс в 2-3 раза превышает величину / , а для более высокочастотных (/ = 20 Мгц

- де

и выше) /ген. макс имеет тот же порядок, что и / , и даже может быть ниже / .

Максимальная частота генерирования одновременно является предельной частотой усиления мощности. На частоте /ген. макс коэффициент усиления по мощности Кр обращается в единицу (рис. 10-28).

В области высших частот / > 0,1/ген. макс

W -Крс

гв

Рнс. 10-28. Типичная зависимость коэффициента усиления по мощности от частоты в условиях согласования н нейтрализации внутренней обратной связи транзистора.

коэффициент усиления по мощности нейтрализованного резонансного усилителя Крдг (см. стр. 219) приближенно равен:

к - ген. макс,

граничная (или предельная) частота усиления по току в схеме с общим эмиттером имеет тот же смысл, что / , ио для схемы с ОЭ.

Приближенно

е - 1 21

и для современных транзисторов имеет порядок десятков - сотен килогерц.

Как и fa, эта частота непосредственно ие определяет каких-либо частотных пределов применимости транзисторов. Однако она ограничивает ту область частот, в пределах которой можно пренебрегать частотной зависимостью параметров транзистора при включении его с общим эмиттером.

Начиная с частот порядка f, резонансный усилитель с плоскостным транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером, может самовозбуждаться и требовать нейтрализации.

Коэффициент шума транзистора

Коэффициент шума показывает, во сколько раз ухудшается значение отношения сигнал/шум после усиления сигнала транзистором. При этом обычно принимается условие, что генератор сигнала создает шумы, определяющиеся только тепловыми флуктуациями в металлическом сопротивлении /?г- Реальные источники сигналов создают более высокий уровень шумов, поэтому на практике отношение сигнал/шум ухудшается в меньшей мере, чем это следовало бы из расчета на величину f ш транзистора. Величину/щ обычно выражают в децибелах.

Параметры, определяющие предельно допустимые режимы применения транзисторов

Для того чтобы транзистор надежно работал, при его эксплуатации нельзя превышать некоторые предельно допустимые режимные характеристики.

Предельно допустимая температура коллекторного перехода Гк.доп характеризует ту наиболее высокую температуру коллектора, при которой гарантируется работоспособность и сохранность транзистора. В силу температурной зависимости большинство электрических параметров при температуре Гк.доп резко ухудшает свои значения.

Температура коллектора Гк зависит от температуры окружающей среды, мощности, рассеиваемой внутри транзистора (в основном на коллекторном переходе, ибо эмиттерный переход обычно находится под очень низкими напряжениями), и условий теплоотдачи.

Значение Гк. доп зависит в основном от свойств использованных в транзисторе полупроводниковых материалов.

Предельно допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, Р к.дол характеризует то наибольшее значение мощности, длительно рассеиваемой коллектором, при котором гарантируется сохранность транзистора. В малосигнальных режимах величина Рк оценивается произведением постоянного напряжения на ток коллектора. В режиме больших сигналов, когда изменения тока и напряжения на коллекторе соизмеримы со средними значениями их, или в импульсных режимах надо подсчитывать мгновенные значения мощности и усреднять их за период сигнала. Превышение величины Рк.доп может вызвать перегрев транзистора и выход его из строя.

Величина Рк.доп зависит от Тк.доп и условий теплоотдачи, в частности, от температуры окружающего воздуха Гокр- С повышением Гокр значение Рк-доп снижается.

Для связи этих величин пользуются формулой

Рк. доп -

Тк. доп -

доп

где R-j. - тепловое сопротивление транзистора ( С/мвт или Clem): Т - температура окружающего воздуха или температура колбы транзистора ( С) в соответствии с тем, относительно чего дается значение

Предельно допустимое напряжение на коллекторе в схеме с общей базой (к.доп определяется электрической прочностью коллекторного перехода или условиями перекрытия объемным зарядом всей толщины базы. Превышение t/к.доп приводит к резкому увеличению тока коллектора, вслед за чем транзистор может выйти из строя в результате электрического или теплового пробоя.

Предельно допустимое напряжение иа коллекторе в схеме с общим эмиттером 1/к.э.доп ограничивается, кроме того, возможностью лавинообразного нарастания тока коллектора из-за прохождения его через эмиттерный переход в прямом направлении. Значения t/к.э.доп всегда ниже t/к.доп- Однако при включении транзистора в схемы, обеспечивающие высокую стабильность рабочей точки по постоянному току (см. стр. 208), величина 1/к.э.доп иногда может быть доведена до t/к.доп-

Предельно допустимое обратное напряжение на эмиттере U.доп отсчиты-вается относительно базы и имеет тот же смысл, что и величина {/к. доп для коллекторного перехода. Знание величины э.доп необходимо при применении транзистора в некоторых импульсных схемах, где в моменты запирания транзистора к эмиттерному переходу прикладываются большие обратные напряжения.

Предельно допустимые токи коллектора /к.доп и эмиттера /э.доп устанавливаются для того, чтобы в режимах эксплуатации не были превышены те плотности потоков носителей в полупроводнике, при которых не нарушается разработанный механизм их действия.

Предельно допустимые напряжения и токи в режимах кратковременных импульсов для некоторых типов транзисторов превышают предельные значения соответствующих параметров в длительных режимах, причем это особо оговаривается в справочных данных вместе с указанием скважностей или длительностей импульсов, при которых допускаются эти форсированные режимы.

Не разрешается превосходить ни один из предельно допустимых параметров. Для отдельных типов транзисторов не разрешается работа с одновременным достижением предельно допустимых значений двух параметров.

10-4. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ПРИБОРАМ S

Термосопротивления температурного контроля

Термосопротивления типов ММТ, КМТ и ТОС-м предназначены для устройств, реагирующих на изменение температуры окружающей среды.

Термосопротивления ММТ-1, ММТ-4, ММТ-6, КМТ-1, КМТ-4 и ТОС-м имеют основным назначением измерение, температуры, но могут также применяться для многих других целей, как-то: измерение скорости потока газов или жидкостей, вакуума, относительной влажности (при этом используется эффект изменения условий теплоотдачи). Наряду с измерением эти термосопротивления мргут служить для автоматического регулирования перечисленных