Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [ 62 ] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

1 кГц

ЮИГи.



--4 Pfio Mo

Рис. 10.19. Векторные диаграммы токов транзистора на разных частотах.

где /кБО - величина /кпо при повышенной температуре; /кбо„ - величина /кБО при нормальной температуре (20° С); Д/ - разность температур прн нагреве транзистора.

Для практических расчетов можно принять, что при повышении температуры на каждые 10° С ток /бо возрастает примерно вдвое.

Нестабильность режима транзистора, обусловленная током /кво» очень существенна, так как обратный ток коллектора в значительной степени влияет на токи эмиттера и коллектора, а следовательиС, на усилительные свойства транзистора.

Наиболее часто для работы при повышенных температурах применяются кремниевые транзисторы. Предельная рабочая температура у этих приборов составляет 125-150" С. С этой же целью используется и ряд новых полупроводниковых материалов, из которых особый интерес пред-ставляет карбид кремния. Приборы, изготовленные на карбиде кремния, смогут нормально работать до температур 500-600° С.

На частотные свойства транзисторов большое влияние оказывают емкости р - rt-переходов. С увеличением частоты емкостное сопротивление уменьшается и шунтирующее действие емкостей возрастает. Поэтому Г-образная эквивалентная схема транзистора на высоких частотах, кро.ме чисто активных сопротивлений г, и Гц, содержит емкости Сэ и С, шунтирующие эмиттерный и коллекторный переходы. Особенно вредное влияние на работу транзистора оказывает емкость

Ск, так как на высоких частотах емкостное сопротивление - ока-

зывается значительно меньше, чем сопротивление /"к, н коллекторный переход теряет свои основные свойства. В данном случае влня}ше емкости аналогично влиянию емкости, шунтирующей р - я-переход в плоскостном полупроводниковом диоде.

Второй причиной ухудшения работы транзистора на высоких частотах является отставание по фазе переменного тока коллектора от переменного тока эмиттера. Это обусловлено инерционностью процесса прохождения носителей заряда через базу от эмиттерного перехода к коллекторному, а также инерционностью процессов накопления и рассасывания зарядов в базе.

Время пролета носителей через базу Тлр у обычных транзисторов составляет приблизительно 0,1 мкс. Конечно, это время очень мало, но на частотах порядка единиц - десятков мегагерц становится заметным некоторый сдвиг фаз мел<ду переменными составляющими токов /э н /к- Это приводит к увеличению переменного тока базы и, как следствие, к сиилкнию коэфф1щнеита усиления по току. Это явление иллюстрируется векторными диаграммами, приведенными на рис. 10.19.



Первая из них соответствует относительно низкой частоте, на которой все токи практически совпадают по фазе, а коэффициент р имеет наибольшую величину = На более высокой частоте запаздывание тока /]<; иа время Тпр относительно тока Iq ведет к появлению заметного сдвига фаз ф мел<ду этими токами. Теперь ток базы /б равен не алгебраической (как на рис. 10.19, а), а геометрической разности токов /э и /к, вследствие чего он заметно увеличивается (рис. 10. 19, б). На еще более вьюокой частоте коэффициент становится еще меньше вследствие увеличения угла сдвига фаз ф и тока /б (рис. 10.19, в).

Оценивая частотные свойства транзистора, следует учитывать также, что диффузия - процесс хаотический. Неосновные носители зарядов, инжектированные эмиттером в базу, передвигаются в ней разными Ч]утями. Поэтому носители, одновременно вошедшие в область базы, достигают коллекторного перехода в разное время. Таким образом, закон изменения тока коллектора может не соответствовать закону изменения тока эмиттера, что приводит к искажению усиливаемого сигнала.

Необходимо отметить, что с увеличением частоты коэффициент р уменьшается значительно сильнее, чем а. Коэффициент а снижается лишь вследствие влияния емкости Ск, а на величину р влияет, кроме этого, еще и сдвиг фаз между н /э- Следовательно, схема с общей базой имеет лучшие частотные свойства, чем схема с общим эмиттером.

Для определения коэффициентов усиления по току на частоте / могут быть использованы формулы

а =-. . (10.46)

(10.47)

где н - коэффициенты усиления по току прн частоте / = 0; fa и /р - предельные частоты транзистора в схемах с общей базой и общим эмиттером соответственно.

Для расширения частотного диапазона транзисторов необходимо увеличивать скорость перемещения неосновных носителей зарядов через базу, уменьшать толщину слоя базы и коллекторную емкость. При выполнении этих условий транзисторы (например, дрейфовые, нланариые) могут успешно работать на частотах порядка десятков и сотен мегагерц.

10.9. ТРАНЗИСТОР В РЕЖИМЕ КЛЮЧА

Важнейшими элементами современных схем автоматики и электронных вычислительных машин являются устройства релейного типа. Главная особенность их состоит в том, что под воздействием входного сигнала режим работы талих устройств резко (скачкообразно)




меняется. Это позволяет осуществлять переключение, или коммутацию, различных электрических цепей схемы.

Переключающие устройства релейного типа обладают двумя устойчивыми положениями, которые могут рассматриваться как положения «включено» и (Выключено». По аналогии с двоичным счислением в математике, в котором существует только два дискретных значения «О» и «1», такие устройства часто называются также двоичными элементами.

Транзистор является одним из наиболее распространенных элементов бесконтактных переключающих устройств. Режим работы транзистора в переключающем устройстве обычно называют ключевым. Этот режим характерен тем, что транзистор в процессе работы периодически переходит из открытого со- р, Ключей схе-СТ0Я1Н1Я (режима насыщения) в запертое транзисторе, (режим отсечки) и наоборот, что соответствует двум устойчивым состояниям переключающего устройства.

На рис. 10.20 изсбражена простейшая схема ключа на транзисторе р - п - р, включенном по схеме с общим эмиттером.

Запирание транзистора (режим отсечки) наблюдается в том случае, когда оба р - п-нерехода (эмиттерный и коллекторный) закрыты. Для этого достаточно, чтобы обратные напряжения на этих переходах были близки к нулю (порядка 0,05-0,1 В). Из схемы рис. 10.20 видно, что для запирания транзистора тнна р - п- р нужно подать на его вход такое напряжение, чтобы потенциал базы бил выше потенциала эмиттера, т. е. чтобы напряжение Оэ между базой и эмиттером удовлетворяло неравенство /Убэ-О (для транзисторов типа п -р - п знак этого неравенства будет обратным).

Напряжение бкзз на коллекторе запертого транзистора равно

где /кБо - обратный ток коллектора. Обычно JKboR„ £"к- Поэтому можно принять U\{ :-) з ~ Ек-

В запертом состоянии транзистор может находиться неограниченно долго. Вывести его [!3 .этого устойчивого состояния можно только за счет внешних воздействий, например путем подачи на входтран-зистора типа р - п - р запускающего импульса отрицательной полярности.

Вторым устойчивым состоянием является режи.м насыщения открытого транзистора. Насыщение наступает в том случае, когда оба р - п-перехода транзистора открыты.

На рис. 10.21, а приведены выходные статические характеристики транзистора с общим эмиттером. В семействе этих характеристик проведена нагрузочная прямая АВ, выражающая зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при определенных значениях £к Rn- Величина тока коллектора определяется главным образом

7 ?-1-94 193



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [ 62 ] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.0013