Параметров транзисторов

электрическая связь между каскадами реализуется при помощи конденсаторов, в усилителях постоянного тока - при помощи резисторов или непосредственных связей. В последнем случае любые изменения постоянного напряжения на выходе одного каскада из-за нестабильности параметров транзистора при действии дестабилизирующих факторов, обычно температуры, влияют на режим работы других каскадов, что приводит к изменению напряжения на выходе многокаскадного усилителя даже при отсутствии усиливаемого сигнала. Это явление называется дрейфом нуля. Для того чтобы уменьшить дрейф нуля, применяют дифференциальные усилители постоянного тока.

зависят от параметров транзистора [1]

Пользуясь таблицами для коэффициентов четырехполюсника, приведенными в приложениях I и II первой части курса, можно от формы [Z] перейти к другим формам уравнений четырехполюсника. При расчетах транзисторных цепей часто пользуются формой [Я] в связи с удобством экспериментального измерения Н-параметров транзистора.

Заметим, что коллекторная область структуры транзистора ( 1.1, а) имеет большое объемное сопротивление (порядка 0,5...50 Ом • см), а контакт коллектора вынесен на лицевую поверхность подложки. В результате последовательное сопротивление в цепи коллекторного тока (сопротивление насыщения) получается больше, чем у дискретных транзисторов. На 1.1, в приведена эквивалентная схема паразитных параметров транзистора. Помимо сопротивления в цепи коллектора гн

1. Находим приращения напряжения смещения Д?Б , компенсирующие разброс параметров транзистора. Не имея данных о корреляции между выходными характеристиками Л21Э, будем вести расчет на худший случай, когда имеют место предельные отклонения, требующие изменения напряжения смещения с одним знаком.

2. В справочнике приводятся значения параметров транзистора для соответствующих оптимальных или предельных режимов эксплуатации. Рабочий режим тран-

зистора в проектируемом ЭУ часто отличается от указанного в справочнике. В таком случае необходимо по имеющимся в справочнике характеристикам и формулам, а также методом интерполяции определить значения параметров транзистора, соответствующие выбранному режиму.

При работе усилительного каскада в режиме, соответствующем линейным участкам характеристик, т. е. в отсутствие искажений, коэффициент усиления и другие параметры усилителя (входное и выходное сопротивления) можно рассчитать аналитически с помощью /г-параметров транзистора. С этой целью используют схему ., . замещения усилительного каскада с общим

Зависимость параметров транзистора от частоты является одним из основных факторов в определении пригодности транзистора для работы в электрической схеме. Свойства транзистора на высоких частотах удобно анализировать по рассмотренной схеме замещения ( 6.5, а). На работу транзистора вредное влияние оказывает емкость коллекторного перехода С„. На низких частотах емкостное сопротивление этого перехода, равное 1/со С„, велико. Велико и сопротивление гь, поэтому весь ток эквивалентного генератора 1Г =» = а/э идет через нагрузку, роль которой выполняет резистор RH ( 6.5, а).

6.19. Определение ft-параметров транзистора по статическим входным (а) _и выходным (б) характеристикам.

Выражение (3.10) справедливо для любого усилительного устройства. Оно указывает на то, что уменьшения искажений в ОВЧ можно достичь снижением тв, величина которой во многом определяется используемым в усилителе транзистором. Для низкочастотных транзисторов тв = тр = та (Р +1), поскольку их частотные свойства в основном определяются временем пролета .неосновных носителей заряда через базу. Для ВЧ транзисторов (при Сн = 0) тв«О*/?кн, т. е. зависит не только от параметров транзистора, но и от /?кн.

Существует много разновидностей электронных вольтметров. Рассмотрим одну из возможных схем ( 12.25), выполненную как мост постоянного тока. В два плеча моста включены одинаковые полевые транзисторы - VTl и VT2 с управляющим р-п переходом и /г-каналом (см. 10.19, 10.20 и 10.25). Потенциометр RPV служит для компенсации различия параметров транзисторов. Равновесие моста определяется по нулевому положению стрелки включенного в диагональ моста показывающего прибора с электромеханическим измерительным механизмом (например, магнитоэлектрическим гальванометром) при короткозамкнутых входных выводах, т. е. Ux =0. В этом случае, пренебрегая токами в цепях затворов, на основании уравнений по второму закону Кирхгофа, составленных для контуров, которые отмечены на 12.25 птриховой линией, напряжения между затворами и истоками обоих транзисторов будут одинаковыми:

Одной из важных особенностей элементов полупроводниковых ИМС является высокая степень согласованности параметров транзисторов и других элементов, располагающихся на одном кристалле. Несмотря на то, что абсолютный разброс параметров интегральных транзисторов больше, чем дискретных, различие, например, в значениях напряжения l/ъэ для соседних интегральных транзисторов составляет — \ мВ, коэффициенты передачи тока р отличаются на ^ 5%. Температурные коэффициенты также велики, но благодаря малым различиям температуры соседних участков подложки, отстоящих на 100... 150 мкм, и подобию структур, температурные изменения происходят согласованно, так что различия не выходят за указанные выше пределы [81.

Принципиальным достижением планарной технологии полупроводниковых ИМС является возможность получения совершенно идентичных транзисторов, а также пар любых других элементов, расположенных а непосредственной близости на одной полупроводниковой подложке. Эти транзисторы изготовляются одновременно в одном технологическом' цикле на соседних участках подложки, весьма близких по параметрам. Тем самым достигается полная идентичность структур и параметров транзисторов, входящих в противоположные плечи дифференциального усилителя. Используя терминологию, применяемую при рассмотрении усилителей с дифференциальным входом, можно сказать, что достигается очень высокая степень подавления синфазного сигнала, попадающего на входы дифференциального усилителя. Различные варианты дифференциальных усилителей нашли широкое применение в разнообразных интегральных схемах.

устранить его невозможно из-за разброса параметров транзисторов (транзистора Т\), поскольку подбор транзисторов в производстве не допускается.

Из данного примера видно, что производственный разброс параметров электронных схем вызван главным образом разбросом параметров транзисторов. Резисторы с отклонением ±5 %, которые обычно считают достаточно точными, могут вызывать разброс режима, превышающий разброс, вызываемый транзисторами.

а) повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменениях параметров транзисторов;

В автогенераторе с мостом Вина усилитель должен иметь коэффициент усиления /ОгЗ. В двухкаскадном усилителе, 7.9. Схема ЯС-автоге-применяемом в данном случае, коэффици- нератора с мостом Вина на ент усиления обычно значительно боль- операционном усилителе ше трех; следовательно, форма синусоидальных колебаний может быть сильно искажена. Во избежание этого вводят дополнительно отрицательную обратную связь, которая существенно повышает стабильность работы автогенератора. Отрицательная обратная связь подается с помощью терморезистора R3 и резистора R3i. В случае увеличения амплитуды выходного напряжения автогенератора за счет изменений параметров транзисторов, напряжения питания или других причин ток через терморезистор Rs возрастает, а его сопротивление уменьшается. В результате возрастает падение напряжения на резисторе R3i и коэффициент усиления первого каскада снижается, что приводит к уменьшению амплитуды выходного напряжения автогенератора.

Следует отметить также, что на нестабильность генерируемой частоты, вызванную изменением температуры, сильно влияют изменения параметров транзисторов. Нестабильность частоты автогенераторов оценивают коэффициентом относительной нестабильности Д//7о, где /о— рабочая (номинальная) частота автогенератора; А/ — отклонение частоты от рабочей.

Линейные искажения определяются зависимостями параметров транзисторов от частоты и реактивными элементами усилительных устройств. Эти искажения зависят лишь от частоты усиливаемого сигнала. Зависимость Ки усилителя от частоты входного сигнала принято называть амплитудно-частотной характеристикой (А ЧХ). С помощью АЧХ ( 3.5) можно представить коэффициенты частотных искажений на низшей Мн и высшей Мв частотах заданного диапазона работы усилителя:

Из (3.30) "следует вывод о стабильности Киос, но этот вывод здесь справедлив лишь при /?н = const. Таким образом, различного рода внешние воздействия, разброс параметров транзисторов не оказывают существенного влияния на Киос усилителя с глубокой последовательной ООС по току. Однако такой усилитель весьма чувствителен к изменениям сопротивления нагрузки.

Полезно сравнить (3.33) с общей формулой для усилителя с последовательной ООС (3.27) или (3.30). Формула (3.33) на конкретном примере подтверждает сделанный ранее важный вывод, что глубокая последовательная ООС исключает влияние параметров транзисторов и всего усилителя на Киос, т. е. ООС стабилизирует Киж. Наиболее важным, пожалуй, является даже не стабилизация относительно внешних воздействий, а отсутствие влияния не только параметров транзисторов, но даже самих величин RKH и R3. Из (3.33) следует, что Киос определяется отношением Rm и R3.