ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 222
Скачиваний: 1
Поскольку импеданс базы мал по сравнению с импедансом на
выходе транзистора, можно считать, что емкость С в ы х |
по существу |
||
равна |
С к — полной выходной емкости для схемы |
с общей ба |
|
зой |
т |
е |
|
|
|
Re(/z2 2 )=cor CK . |
(9.13) |
ную |
Влиянием сопротивления тела коллектора R K на действитель |
||
часть полной выходной проводимости можно |
пренебречь, |
||
если |
считать его входящим в сопротивление нагрузки. |
||
|
В |
итоге с учетом соотношений (9.11) и (9.13) выражение (9.4) |
|
для коэффициента усиления по мощности может быть переписано следующим образом:
К Р = . (9.14)
В случае, когда можно пренебречь значением индуктивности эмиттерного вывода и когда в цепи эмиттера отсутствует дополни
тельное сопротивление, равенство (9.14) принимает |
вид |
/Ср = / г / 8 я / Ѵ б С к = ( / м а к с / / ) 3 , |
(9.15) |
г Д е / м а к с = >А /Ѵ / 8 г о - б С к . |
|
Подобное упрощенное выражение для К Р , аналогичное тому» которое было получено в работах [173, 174] с помощью приближен ного анализа узкополосного линейного усилителя, работающего на малом сигнале по схеме с общим эмиттером при согласовании с ис точником и нагрузкой, приводится авторами многих работ по мощ ным СВЧ транзисторам (см., например, [158, 168, 175, 176]).
В монографии Е. 3. Мазеля [165] приводится более точное вы ражение для оценки коэффициента усиления по мощности тран зисторного каскада в линейном режиме с активной нагрузкой, полученное В. Л. Ароновым и Т. Н. Никитиной:
|
К Р = |
|
|
<Ù%R |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
— |
|
|
|
, |
(9.16) |
|||
|
|
|
со* ( 1 + c o r |
R H С к ) (r£ + œ r |
L 3 |
+ R A cor C RA |
r'6) |
|
|||
где R U — сопротивление |
нагрузки; |
С к a |
— емкость |
активной об |
|||||||
ласти |
перехода |
коллектор — база, |
находящейся |
под эмиттером. |
|||||||
Данное выражение было выведено при анализе генератора |
|||||||||||
мощности |
с |
независимым |
возбуждением, |
работающего по схеме |
|||||||
с общим эмиттером, для частот, близких |
к /г, и в предположении, |
||||||||||
что (ÙRBCK |
< |
1, |
а входная |
цепь согласована с задающим |
генера |
||||||
тором. |
Эквивалентная |
схема транзистора, |
используемая |
в этом |
|||||||
случае для расчета К~р, приведена в работе [177].
Равенство (9.16) может быть записано еще более точно с учетом возможного добавочного сопротивления в эмиттерной цепи.
Соотношения |
(9.14) — (9.16) применимы, строго |
говоря, для |
вычисления коэффициента усиления по мощности |
транзистора |
|
в схеме усилителя |
малых сигналов, работающего в классе А. Они |
|
246
не пригодны для точного расчета генераторов, работающих, как правило, в классах В или С в режиме большого сигнала, и поэтому представляют интерес в основном с точки зрения оценки влияния на Кр тех или иных параметров самого транзистора.
В самом деле, из соотношений (9.14)—(9.16) следует, что для обеспечения высокого значения коэффициента усиления по мощ ности на высокой частоте следует стремиться к увеличению зна
чения |
fr, |
уменьшению распределенного |
базового |
сопротивления |
||
ré, емкости |
коллекторного |
перехода |
С к |
(в том числе ее активной |
||
части |
С к а ) |
и индуктивности |
эмиттера |
L 3 , а также |
следить за тем, |
|
чтобы введение стабилизирующих эмиттерных сопротивлений не приводило к существенному снижению Кр- Кроме того, видно, что выбор сопротивления і? н (которое, вообще говоря, подбирается с точки зрения обеспечения необходимой выходной мощности и не слишком низкого значения Кр) определяется также и некоторыми
транзисторными |
параметрами (в частности, С к и |
Lg). |
При разработке структуры СВЧ транзистора для получения |
||
максимального |
значения КР приходится идти на ряд компромис |
|
сов, поскольку, |
например, увеличение значения |
/г за счет умень |
шения толщины базы (при данной глубине залегания коллекторного перехода) ведет к нежелательному росту г'б. Более того, оказывается, что в общем-то и не стоит стремиться к достижению очень высоких
значений /г, поскольку Кр |
определяется не столько величиной |
fr, сколько величиной / м а к с ~ |
1/ -т^— . В связи с тем, что в сов- |
ременных СВЧ транзисторах величина f M a K 0 может быть значительно выше, чем fr, приемлемые значения коэффициента усиления по
мощности могут |
быть |
получены и |
на |
частотах, |
превышающих |
/г. Поэтому в ряде случаев практически |
достаточно иметь значе |
||||
ние предельной |
частоты |
/г не ниже |
чем 0,8—0,9 / р |
(где fp — мак |
|
симальная рабочая частота, на которой существует приемлемое
значение коэффициента |
усиления по мощности, т. е. Кр = 2,5—3) |
||||
и избегать чрезмерного |
увеличения |
fr, имея в виду, что это при |
|||
ведет к возрастанию параметра |
ГбСк |
для данного типа |
приборов и, |
||
следовательно, |
к уменьшению |
Кр. |
|
Кр, исходя |
|
Для того |
чтобы приближенно |
оценить величину |
|||
из соотношений (9.14) или (9.16), можно воспользоваться формулами (5.54), (5.626) для расчета /г и г'б соответственно. При этом следует иметь в виду, что значение г'б для всей транзисторной структуры (в случае гребенчатой конфигурации) будет пропорционально уменьшаться с ростом числа эмиттерных полосок N, т. е.
ré = г'6 п + г'б а = A dRj2NZB + / э RJ\2NZ3 |
(9.17)*> |
(см. § 5.3).
*' Выражение (9.17) для г'б не учитывает сопротивления выводов и кон тактных сопротивлений для областей эмиттера и базы. В случае, когда послед ние велики, измеренное значение г'б будет значительно больше расчетного.
247
при |
Величина |
L 3 |
определяется в основном конструкцией корпуса; |
расчете Кр предполагается, что эта величина известна. |
|||
|
Значение |
Кр, |
вычисленное на основании соотношений (9.14) |
или |
(9.16) для |
линейного режима, будет несколько завышенным |
|
в связи с тем, что расчетная величина / т характеризует собственно транзисторную структуру и всегда будет больше, чем величина fr, по лученная на основании измерений, когда сказывается влияние паразитных индуктивностей и емкостей корпуса.
Как отмечалось, выражения, полученные для Кр, не пригодны для расчета этого параметра при работе транзистора на высокой частоте в режиме большого сигнала. Дело в том, что параметры, входящие в выражения (9.14) и (9.16), являются малосигнальными
ине учитывают тех изменений, которые происходят в транзисторе
врежиме большого сигнала. Высокочастотный малосигнальный
коэффициент усиления по току | В |, как указывалось в гл. 5, убы вает как при малых, так и при больших токах коллектора. Аналогич ным образом ведет себя и предельная частота fr. Пример такой за висимости для мощного СВЧ транзистора ЗТЕ440 [171] представлен на рис. 9.5. Из рис. 9.5 видно, что транзисторы с более тонкой базой (т. е. с большими значениями низкочастотного коэффициента уси
ления В0) обнаруживают резкий |
спад |
предельной |
частоты |
fr |
при |
|||
определенном пороговом токе |
/ к п |
» 1,2 А. В области малых токов |
||||||
спад обусловлен влиянием |
времени |
заряда |
эмиттерной |
емкости |
||||
tg = |
—— Са , а при больших токах коллектора |
Ік > / к |
п\икэ |
— |
||||
влиянием большой диффузионной |
емкости |
С К Д И ф |
коллекторного |
|||||
р-п |
перехода вследствие перехода транзистора в режим насыщения |
|||||||
(см. |
гл. 4 и 5). Точный расчет зависимости |
/г = |
/ (Ік)\икэ |
к |
на |
|||
стоящему времени в литературе отсутствует. Это объясняется тем, что весьма трудно учесть неоднородное распределение плотности переменного эмиттерного тока под эмиттером, которое более замет но проявляется на высокой частоте из-за возросшего базового тока.
Очевидно, что характер зависимости предельной частоты /V от коллекторного тока имеет большое значение для величины коэф фициента усиления по мощности
. КР в условиях большого сигна-
~ла, поскольку важно сохранить высокое значение | В| именно в этих условиях. Для оценки спада частоты /V с ростом тока коллектора обычно фиксируется такое значение тока, при кото-
Рис. 9.5. Зависимость предельной ча стоты fT от тока коллектора / к для
различных значений статического ко эффициента усиления ( £ / к э = 1 0 В, / = = 100 МГц) [171].
Рис. 9.6. Зависимость |
распределенного |
|||||
базового сопротивления |
г'6 |
от |
тока |
|||
коллектора |
/„ ( £ / к э |
= |
10 |
В, |
f = |
|
= 400 |
МГц |
[171]. |
|
|
|
|
ром |
значение fr |
уменьшается |
||||
на какую-то определенную ве личину (например, на 3 дБ от максимального значения [165]). Полученное таким образом значение тока коллектора на зывается критическим током
/ к р | у к э и является одним из наиболее важных параметров СВЧ мощных транзисторов, контролируемых при разработке и в про изводстве.
Другой важный параметр — распределенное базовое |
сопро |
тивление Гб — также зависит от тока коллектора. Точный |
расчет |
изменения величины г'б при высокой плотности тока затруднен по тем же причинам, которые упоминались ранее при рассмотрении зависимости j В | от тока коллектора (заметим, кстати, что анализ становится еще более сложным, если учесть повышение температуры с ростом плотности тока). Нетрудно видеть, однако, что расчет по формуле (9.17) дает, очевидно, максимально возможное значение этого параметра, поскольку не учитывает явления оттеснения тока к периферии эмиттера при большом уровне тока. Учет этого явления приводит к тому, что вклад второго члена в соотношении типа (9.17), т. е. члена, учитывающего сопротивление области базы под эмит тером, становится все меньше по мере роста тока коллектора имен но в связи с оттеснением его к краю эмиттера. Одновременно умень шается и вторая составляющая базового сопротивления, обуслоЕленная пассивной частью базы, из-за модуляции проводимости при вы соком уровне инжекции. Таким образом, с увеличением тока ве
личина |
г'б |
будет уменьшаться, что проиллюстрировано |
кривыми |
|||||
рис. 9.6, |
заимствованными |
из работы [171]. |
|
|
||||
Кривые, |
приведенные на рис. 9.6, показывают, |
что чем силь |
||||||
нее нагружен транзистор (т. е. чем больше значения |
усредненного |
|||||||
и пикового |
токов), |
тем |
меньше его |
входное |
сопротивление |
|||
[см. |
(9.11)]. |
|
|
|
|
|
|
|
Заметим, что уменьшение г'б с током коллектора не очень велико. |
||||||||
Если |
учесть |
тот факт |
[178], что емкость перехода коллектор— |
|||||
база возрастает при больших значениях |
тока коллектора Ік |
> /кр |
||||||
из-за появления диффузионной емкости после вхождения тран зистора в режим насыщения (см. § 5.4), то оказывается, что при достижении определенной величины рабочего тока совокупный
параметр ГбСк резко |
возрастает. Схематично изменения /г и ГбСк |
с током коллектора |
представлены одновременно на рис. 9.7 [176]. |
Как видно из этого рисунка, при данном значении UK резкий спад fr и значительное увеличениепроизведения ГбСк имеет место
249
