Файл: Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие.pdf

Глава 9

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ

§ 9-1. Общие сведения

Измерения параметров полупроводниковых приборов необходимы как при разработке, так и при исследовании электронных устройств, выполненных на полупроводниковых приборах.

Классификацию транзисторов (полупроводниковых триодов) типа р — п — р и п — р — п ведут в основном по:

а) исходному материалу полупроводника (германий Г, кремний К,

ния, условий эксплуатации, схемного включения и других свойств транзисторы характеризуются большим числом параметров. Правиль­ ный выбор необходимых параметров позволяет обеспечить оптималь­ ный режим работы транзистора.

Основные эксплуатационные параметры транзистора следующие. Параметры малого сигнала — параметры, измеряемые в линейных режимах. Параметрами малого сигнала являются дифференциальные параметры, характеризующие работу транзистора в усилительных цепях,— параметры эквивалентной схемы транзистора, четырехполюс­

ника на низких и высоких частотах, граничные частоты, шумы. Параметры большого сигнала характеризуют работу транзистора

в нелинейных режимах, при которых токи и напряжения между электродами меняются в широких пределах. К нелинейным режимам относятся режимы отсечки, насыщения, активной и инверсной области, импульсные параметры, временные интервалы переключения. Пара­ метры, измеренные для этих режимов, и временные интервалы пере­ ключения необходимы для расчета ключевых схем, автогенераторов, усилителей и др.

Параметры предельных режимов работы — это максимально допу­ стимые мощности, токи, напряжения, минимально допустимые токи и напряжения.

Тепловые параметры — параметры, характеризующие возможность работы транзистора в различном диапазоне температур,— тепловые сопротивления, предельно допустимые температуры транзистора и т. д. При проектировании и расчете схем с транзисторами, а также при их изготовлении широко используют вольтамперные характеристики (входные и выходные), которые дают представление о качестве и свой­ ствах транзистора при различных значениях тока и напряжения и

166

позволяют определить его параметры. Вольтамперные характеристики можно измерить различными способами (например, на постоянном токе или с помощью характериографа, позволяющего визуально наблюдать семейство характеристик в широком диапазоне изменения тока и напряжения).

Эквивалентные схемы транзисторов. Для исследования работы транзистора используют его линейную схему замещения, которая может быть выполнена в виде: 1) эквивалентного четырехполюсника, имеющего входные и выходные зажимы; 2) физической эквивалентной схемы, представляющей транзистор как соединения активных и реак­ тивных элементов, моделирующих его работу. Знание параметров и той и другой схемы замещения необходимо на практике.

На рис. 9-1 приведена эквивалентная схема транзистора в виде линейного четырехполюсника при малом уровне сигнала. Связь между входными величинами напряжения Ult тока Д и выходными величи­

Систему уравнений (9-1) рекомендуется применять для схем, на входе и выходе которых легко получить режимы холостого хода, но поскольку осуществить режим холостого хода на выходе транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода велико по сравнению с сопротивлением нагрузки), схемы z-параметров используют очень

редко.

Уравнения у-параметров, или параметров проводимостей, имеют

ДД ~ Ун Д^Д "ЬУн ДУ2- 1

Для определения «/-параметров необходимы режимы короткого замыкания на входе и выходе, поэтому «/-параметры рекомендуется применять для схем, в которых это легко выполнить. Систему «/-пара­ метров применяют на высоких частотах.

167

Смешанные /г-параметры являются наиболее удобными, так как для их определения легко выполнить как на высоких, так и на низких частотах режим холостого хода в низкоомной цепи на входе и корот­ кого замыкания в высокоомной цепи на выходе. Эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме с общей базой и составленная со­ гласно уравнениям для /z-параметров, представлена на рис. 9-2.

Эквивалентные схемы могут быть составлены также с использова­ нием г- и (/-параметров для'различных способов включения транзисто­ ров. Упрощенная физическая эквивалентная Т-образная схема тран­ зистора, включенного по схеме с общей базой, для низких частот дана

стора— долю эмиттерного тока, поступающего в коллектор; гь-ь— дифференциальное сопротивле-

ференциальные сопротивления коллекторного и эмиттерного переходов; Сс — емкость коллекторного перехода.

Если рассматривать эту схему замещения транзистора как линей­ ный активный четырехполюсник и для данного режима по постояннсму току осуществить режимы короткого замыкания по переменному току на выходе и холостого хода на входе, то для /г-параметров (пренебрегая емкостью Сс) можно получить следующие соотношения:

входное сопротивление транзистора в режиме малого сигнала в схеме с общей базой

коэффициент передачи тока

(9-5)

коэффициент обратной связи по напряжению

(9-6)

выходная проводимость

(9-7)

168

Зная /г-параметры, можно легко рассчитать, например, пара­ метры гс, ге, гь’ь физической эквивалентной схемы:

Соотношения между параметрами для других схем включения транзистора можно получить из сравнения соответствующих уравне­ ний для этих параметров.

Методика измерения /г-параметров стандартизована и заключается в том, что задают смещение по постоянному току и на это смеще­ ние накладывают малый переменный сигнал в одной из цепей (входной) и измеряют переменный сигнал в другой цепи — выходной. При этом необходимо выполнение определенных условий по переменному сиг­ налу: а) короткое замыкание на выходе; б) холостой ход на входе. Переменные составляющие токов во входных и выходных цепях опре­ деляют косвенным путем: измерением падения напряжения на эталон­ ных сопротивлениях малой величины, включенных в исследуемые цепи, осуществляемое высокоомным электронным милливольтметром.

Величины /г-параметров обычно измеряют на низкой частоте (50 н- -г- 1000 Гц) и используют при расчетах низкочастотных усилителей. На высокой частоте коэффициенты передачи тока /г21й, /г21е становятся комплексными величинами, что означает появление сдвига фаз между токами и напряжениями на входе и выходе, поэтому усилительные свойства на высокой частоте характеризуют величиной | h21b [, | lule I-

Измерение /г-парамётров маломощных транзисторов может быть выполнено прибором типа Л2-22, который имеет более расширенные пределы измерения и меньшую погрешность, чем ранее выпускаемый прибор Л2-2.

§ 9-3. Измерители параметров транзисторов

Отечественная промышленность выпускает приборы, обеспечиваю­ щие измерение разнообразных параметров транзисторов различной мощности и широкого частотного диапазона. Поскольку транзисторы имеют большой разброс параметров, то не всегда можно пользоваться номинальными данными последних, которые указаны в справочниках для того или иного типа транзисторов. Проверке подлежат следующие

тор—база), характеризует температурную и временную стабильность транзистора; необходимый параметр при создании импульсных и уси­ лительных схем;

hno — обратный ток эмиттерного перехода (переход эмиттербаза), имеет важное значение при создании импульсных схем;