книги / Транзисторы

= 2 л /т — обратная	величина среднего	времени пролета носителей
через базу) наиболее ясен. Поэтому		в справочник в большинстве
случаев вносится	одна частота fT.

Постоянная времени коллекторной цепи и емкости переходов

Постоянная времени гб^к коллекторной цепи характеризует

качество транзистора как высокочастотного элемента. Эта величина входит в выражения для всех ^-параметров, которые при необходи­ мости с ее помощью могут быть рассчитаны.

Величина гб определяется путем измерения на достаточно вы­ сокой частоте входного сопротивления Лцэ, тогда

	'б = Ке(Л11э).	(58)
Величина	зарядной емкости Ск дается формулами (41).
Зарядная	емкость Сл определяется по тем же	формулам (41).
Диффузионная	емкость Сэд определяется формулой	(48). Частотные

свойства в режиме усиления для высокочастотных транзисторов в значительной мере определяются величиной емкостей Ск й Сад, импульсные — Ск и Сэ.

В справочнике приводятся г6Ск, Сэ и часто С,{ при определен­

ном режиме, по которым можно определить эти же величины при помощи формул при другом режиме.

Параметры режима усиления больших сигналов (активная область)

Важнейшим из параметров большого сигнала является Л2ia — коэффициент усиления в схеме с общим эмиттером. Этот параметр определяет свойства транзистора как усилителя и переключателя, максимальные токи и напряжения, минимальные (начальные) токи, времена включения и выключения и т. д.:

_	'б
/,2 ,Э = /б + Лсбо =	/б + /кбо / h n b d h '	(59)
	о

Связь между h2\э и Л21э позволяет ориентировочно судить о

зависимости от напряжения, температуры и даже о величине от­ сутствующего параметра, если дается только один из них.

^219— тангенс		угла	наклона	переходной	характеристики*
^к (AOtfкэ•	для	расчетов схем		с генератором	напряжения на
Полезным
входе следует	считать		крутизну	#219 переходной	вольтамперной

характеристики /,((£/бэ)и Ка-

у6э

				о		(60>
Величина	//21Э»	так же как и у2j3, почти			не зависит	от схемы
включения транзистора (табл. 1.4).					напряжение	UбЭ при
В справочнике		иногда	вместо у 2\Э дается
заданном токе коллектора			/ к.
Для характеристики мощных высокочастотных генераторных
транзисторов	используется		параметр	Рйых— мощность, выделяемая
в нагрузке на	высокой частоте при			заданной	температуре	7 К, мощ­

ности на входе Р вх и напряжении питания. При этом оговаривается схема (обычно это усилитель класса С с настроенной нагрузкой) и значение кпд или коэффициент усиления по мощности /ср. Ука­

зывается или минимальное		значение Р ВЫх на	заданной	частоте,
или	максимальная частота	при заданной	мощности	(обычно
l-f-З	вт).

Параметры режима переключения (области: активная и насыщения)

Времена

При работе транзистора в режиме ненасыщенного переключа­

теля применяются	в	качестве импульсных параметров времена:
/ф — время фронта	и	/с — время спада импульса выходного, тока;

при использовании режима насыщения к этим параметрам добав­ ляется время tp рассасывания неосновных носителей, накопленных в базе. На рис. 13 показаны формы импульсов токов в базе и в коллекторе и способы отсчета времен.

Время фронта

		— Тф 1п	* 1!
			Ун — 0,9
Время	спада
			Кр	0,9
		tc = тс In				(61)
			Ур +	0,1
Время	рассасывания
		tp — Tp In	Ун +	Ур
			1 -\-Кр
где л-,, — коэффициент		насыщения	транзистора		(ун = /б1 ^213/ ^ 11);
Кр — коэффициент		рассасывания неосновных			носителей,	кр =

в | Л>2 |Л21э// ки,

В постоянные времени Тф и тс			входят		коэффициент усиления
/«21Э» зарядные емкости Сэ и Ск и			частота		/ т. Для бездрейфовых
транзисторов (например, сплавных)			Сэ и Ск не ограничивают вре­
мён /ф и tc, для высокочастотных			(например,			сплавно-диффузион­
ных) эти величины играют роль.		Сэ и		Ск и с		большими f T и h2i3
У транзисторов	с меньшими
меньшие значения времен /ф и tc.				указанных величин, входят
В постоянную	времени тр,	кроме

еще инверсные параметры fTi и Лгюi и параметры, связанные с

геометрией

и

структурой

транзи­

стора.

110

Величины Тф, тс и тр в об­

щем случае зависят и от режима

_______________i

транзистора,

расчет

их

достаточ­

‘Г

Г

но сложен.

Для

транзисторов с fT< 30 Мгц

1бз

Тф, тс и тр можно считать посто­

[ У

янными и равными:

тф =

6,25/;,

(62)

I

тс =

6,25/',

т-п =

0,125/с

0,511

где

/ф,

t'c и t'p— времена,

изме­

ренные

в

определенном

режиме

при кп=5.

эти

времена

известны,

Если

Р н с.

13.

Форма

импульсов

токов

то по формулам

(61)

можно опре­

в базе (на входе)

и

в

коллекторе (на

делить /ф,

tc

и

в

режимах,

от­

выходе транзистора).

Параметры вы­

ходного импульса

личных от указанных в справочном

листе.

Для

высокочастотных

транзисторов

величины

Тф, тс и тр ори­

ентировочно могут быть определены по

t'c

и

и

соответственно

для

режимов,

не указанных

в

справочнике, по

формулам

(61).

Следует иметь в виду, что этот способ может дать ошибку и. тем большую, чем более высокочастотен транзистор.

Используются также времена	включения / вкл и выключения
/в ыкл
^вкл — /ф	^з ~
^выкл = ^р “Ь

Напряжения насьпцения

В области насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении и инжектируют неосновные носители в базу. При прямом включении транзистора напряжение UG0H на эмиттер-

ном переходе больше	напряжения UKбп на коллекторном	переходе,
в инверсном включении наоборот.		и и кящ
Для расчета схем	важна величина напряжения UKon

между коллектором и эмиттером соответственно в прямом и ин­ версном включении, равная разности между указанными выше на­ пряжениями на переходах.

.Режим насыщения характеризуется коэффициентом ка насыще­ ния, определяющим глубину насыщения. При /сн = 1 режим транзи­ стора соответствует границе областей активной и насыщения, при

Яп=* оо транзистор находится в	самом	глубоком насыщении:
Кц= j*	при	/ к =	const,	(64)
кн — ^21эАэ	При	/ б =	const,
Л<н
где /б, /бп, /к, /кн — токи базы	и коллектора в режимах			усиления

и насыщения соответственно; «звездочка» обозначает величину в режиме на границе между областями насыщения и активной.

При заданном значении ка:

и кэа «	8,7 • 10~2Т° In Ь т — J I L .-,
			1 — —
			Kll
^КЭН/ *	8.7.10-2Г° In		.		(65)
HI — коэффициент	насыщения		*н7	инверсном	вклю­
		транзистора в
чении;
Т° — температура, |°К|.
Важным параметром, особенно		для	инверсного	включения	(при

использовании транзистора в качестве малотокового переключателя или модулятора), являются значения напряжений больших глубин насыщения, т. е. при очень малых, близких к нулю значениях токов коллектора.

При Кц— кщ =	оо из ф-л	(65)	получим	минимальные (остаточ­
ные) напряжения	транзистора	в	прямом и	инверсном включениях:

1

^кэн 8,7.10“ 2r°ln

Л21б/

*/квИ/« в >7 .1 0 - 27°1п 1 ^ 21б

Формулы (65) и (67) совместно с данными справочного листа позволяют оценить изменения 1!кэа и UKэн/ в зависимости от тем­ пературы и режима.

Иногда в справочнике приводится напряжение UЭбн, соответ­ ствующее данной величине UK9a, которое также полезно знать при расчете схем переключения.

Сопротивления в режиме насыщения

Остаточное напряжение может быть определено по току /,{П и сумме объемных сопротивлений /*к и гэ областей коллектора и

эмиттера и сопротивления насыщения г'п. Для сплавных транзис­ торов г'к и /*з пренебрежимо малы, тогда г'и = гп. Сопротивление

г'н может быть определено по формуле (65) делением правой ее части на /,<н с предварительной заменой /с„ и Кщ их выражениями через соответствующие токи. В общем случае с учетом гэ и гк, г{1

определяется по приведенному в справочнике значению £У,(Э» деле­ нием его на соответствующий ток 1К„. В ряде случаев в справоч­ ном листе дается непосредственно измеренная величина гп.

Сопротивления г„ и гв1 связаны между собой:

		_Л21б_	(68)
	и/	н /*216/

Вольтамперные характеристики

Общие сведения

Вольтамперные характеристики транзистора содержат в себе максимальную информацию в его свойствах во всех областях и режимах работы на больших и малых сигналах и информацию о связях параметров между собой. По вольтамперным характеристи­ кам можно определить много параметров, не приводимых в спра­ вочнике, а ряд задач, например выбор режима транзистора, оценка его работы в широком диапазоне импульсных и постоянных токов, мощностей и напряжений, вообще не могут быть разрешены без этих характеристик.

В справочнике приводятся входные и выходные характеристики для схем с общей базой и общим эмиттером. На основании этих характеристик могут быть построены переходные характеристики и примерные зависимости от режима и температуры параметров че­ тырехполюсника малого и большого сигналов в области усиления (активная область) и параметров области насыщения — напряжений и сопротивлений.

Входные характеристики

Уравнения входных характеристик в схеме с общей базой и общим эмиттером:

^ б Г / "эб+ "кб \ 1

	/ a= S 9?e Фт	U l l - e	j +	fij
	j W	(		(69)
			и6э+и,<ьУ|
	I6=s9qe ^ [х-\1 +ё		^	/J+B
где	q — заряд электрона;
А и	В — постоянные, зависящие от свойства полупроводника и тол­

щины базы транзистора. Из уравнений (69) следует:

—с ростом напряжения на коллекторе характеристики в схе­ мах с общей базой сдвигаются влево по оси напряжений, а с об­ щим эмиттером — вправо;

—действие на входную характеристику напряжения на кол­ лекторе практически прекращается при небольших его величинах (2-ч-Э в);

—с ростом температуры участки характеристик, соответствую­

щие С!бэ или Uэб, меньшим 0,3ч-0,8 в, сдвигаются влево по оси напряжений независимо от схемы включения; участки характери­ стик, соответствующие большим напряжениям, сдвигаются вправо. Таким образом, характеристики как бы вращаются с изменением температуры вокруг точки, соответствующей указанным величинам напряжения на эмиттерном переходе.

Выходные характеристики

На рис. 14 и 15 приведены основные характеристики семейств выходных вольтамперных характеристик в схемах с общим эмитте­

ром и общей базой.				ab и	др.)	расположена		область
Левее линий насыщения (ас,
насыщения; внутри		agdd'b'a	или	а'е'са	(рис.	15)— область усиле­
ния или активная область; ниже				характеристики			/ о=»0 или		/ э= 0
(рис.	15)— область	отсечки	и	правее	линии		d'dge	или	d"e
(рис.	15) — область умножения.

Характеристики снимаются импульсным методом, исключающим нагрев транзистора. При повышении температуры все семейство характеристик поднимается, расходимость их в ^активной области увеличивается. Это особенно резко проявляется на характеристиках

/нО/нэЬв в схеме с		общим эмиттером,		снятых при	/б = const.
Меньше	меняют положение		характеристики	/ к(£Лсэ)£/бэ	при Uб0в
= const	и практически	совсем	не меняют — характеристики IH(UUо)/9
h схеме с общей базой		при / э = const.

для	По линиям насыщения ab, ас и				т. д. могут быть определены
	различных режимов			напряжения	U,<эв и		сопротивления		г„	(ко­
тангенс угла		наклона	этих линий).		/ э= const			в активной	области
	По наклону линий при /о или
определяются		параметры		Л22э и Л21б,	а	по расстояниям между ни­
м и — Л21Э и		Л2jo, а	также Л21Э (отношение					приращений		тока
/к	к соответствующему			приращению	/д	при	UK= const).		Соотвег-

Р и с. 14. Выходные вольтамперные характеристики транзистора в схеме с общим вмиттером. Область режимов надежной работы транзистора (обведена жирной линией)

ственно по линиям при Uдв или	= const определяются «/22э,	«/226.
{/218, «/216, «/21Э. Недостающие Л-	и «/-параметры определяются	по

/ к э я

переходным характеристикам, построенным по входным и выходным вольтамперным характеристикам.

Расстояния от линии характеристики области отсечки до оси напряжений дают значения начальных токов / кбо, /кэп, и / иэо при различных напряжениях на коллекторе.

Точки в области умножения (гк=0) дают соответствующие зна­ чения напряжений лавинного пробоя (как было отмечено выше, тепловой механизм пробоя действует в ограниченном числе слу­ чаев).

Только по вольтамперным характеристикам может быть оконча­ тельно выбран режим транзистора по току, мощности и напряже­ нию. Прежде всего, предельно допустимые значения этих величии должны быть меньше, в крайнем случае равны указанным в спра­ вочнике и в ТУ и, кроме того, не допустимо их совмещение.

На рис. 14 и 15 нанесены границы (жирные линии) макси­ мального использования транзистора по току, мощности и напря-

жению, образующие замкнутую область, так называемую область надежной работы транзистора. Если линия нагрузки транзистора находится внутри этой области, режим выбран правильно и тран­ зистор будет работать устойчиво.

Более менее, постоянны границы между областью усиления и областями насыщения и умножения (линии ab, ас и др. и линии eg' и eg"). Линии же тока и мощности перемещаются в зависимо­ сти от различных условий. Гипербола мощности (штрих-пунктирная линия) наносится в соответствии с условиями и формулами п. «Мак­ симально-допустимые мощности» настоящего раздела; горизонталь­ ная линия т о к а е в соответствии с данными п. «Максимально-допу­ стимые токи».

Область надежной работы в схеме с общей базой значительно больше такой области в схеме с общим эмиттером. Линия agdd' перенесена с рис. 14 на рис. 15: площадь egd'd" (заштрихована) не может быть использована при подключении источника коллек­ торного питания к выводам коллектор — эмиттер (схема с общим эмиттером) транзистора.

Р а з д е л II

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Транзисторы германиевые р-п-р

сплавные мощные П4АЭ—П4ДЭ

А. Общие и конструктивные данные

/. О сн овн ое н а з н а ч е н и е

Работа в схемах переключения, выходных каскадах усиления звуковых частот и в преобразователях напряжения и тока.

2. Г а б а р и т н ы й ч е р т еж и р а с п о л о ж е н и е вы во д о в

Вывод коллектора электрически соединен с корпусом транзис­ тора.

		3. К о н с т р у к т и в н ы е д а н н ы е
Вес транзистора		(макс.)	14#5	г
Высота	корпуса	(макс.)	10,5 м м
Диаметр	корпуса	(макс.)	30	»