Материал: sb000034

считаем, что значения MJE, MJC подобраны правильно, а UJe и UJC опре-

деляют в точке пересечения с осями напряжений касательных к линеаризованным зависимостям. Отметим, что вид зависимости для эмиттерного перехода такой же, но значения емкости эмиттера меньше из-за меньшей площади эмиттера. Из вольт-фарадных характеристик для нулевых на-

пряжений на переходах определим CJe=284,4 пФ, а CJC=1823 пФ. Как видно из зависимости, линейность достигается при возведении ѐмкостей в квадрат, что соответствует равенству MJC=MJE=0,5 для обоих переходов. Контактная разность потенциалов для эмиттерного перехода соста-

вила UJe = 0,878 В, для коллекторного – UJC = 0,657 В.

Коэффициенты аппроксимации зависимости времени задержки сиг-

нала TF, ITF, XTF определяются измерением граничной частоты fT биполяр-

ного транзистора. Для нескольких значений напряжения на коллекторе вблизи рабочей точки измеряется предельная частота БТ в зависимости от тока коллектора. Напомним, что предельная частота f это такая часто-

та, на которой значение F снижается до уровня 0,707 от своего значения на низкой частоте.

Рис. 1.19. Схема измерения предельной частоты и график зависимости предельной частоты от тока коллектора

Тогда по определению граничной частоты fT = Ff Схема измерения и график зависимости граничной частоты от тока коллектора для напря-

жения коллектора 10 В приведены на рис 1.19. Здесь значения rC=100 Ом

16

числяется для напряжения 10 В, а сопротивление измерено ранее и составляет 6 Ом. Из рис. 1.19 видно, что сильное изменение граничной частоты начинается при токах около 250 мА, т. е. можно положить

ITF =250 мА. До этих токов можно считать, что граничная частота не зави-

сит от тока коллектора и составляет 250 кГц. Отсюда определим время

задержки TF =1/2 fT = 0,63 мкс. Для XTF примем типичное значение 2.

1.1.2. Формирование модели транзистора для использования в SPICE-программе

Формирование модели транзистора рассмотрим на примере программы B2 Spice. Новый элемент в базу данных добавляется программой

B2 Spice Database Editor в три этапа:

1. Создать “Process Model” для нового элемента. Для этого надо два раза щѐлкнуть на строчке “Process Model” в левой части окна программы. Откроется окно “Select Process Model”, в котором надо нажать кнопку “New”. Откроется диалог создания новой модели. Здесь надо ввести имя модели, выбрать тип и, по желанию, ввести описание. Дальше можно переходить на вкладку “Process Model”. Именно здесь и задаются все измеренные в 1.1.1 параметры биполярного транзистора. Сохраняют изменения нажатием кнопки “OK”.

2.Аналогичным образом создать “Simulation Model”. При этом на вкладке “Simulation Guts”, нажав кнопку “Select Process”, выбрать создан-

ную на первом этапе “Process Model”.

3.Создать собственно новое устройство, нажав кнопку “New Device” в меню “Parts”. Здесь нужно выбрать “Simulation Model”, созданную на втором этапе.

Схема в программе B2 Spice Workshop создается выбором нужных элементов из меню “Devices” или “Categories” с последующим соединением их проводниками.

17

1.2. Характеристики и параметры биполярного транзистора в режиме малых сигналов

Часто транзистор можно рассматривать как линейный элемент. Это справедливо при управлении малым сигналом в окрестности рабочей точки ICa, UCa (рис. 1.20). При расчете схем характеристики БТ заменяются касательными в рабочей точке. В этом случае схема транзистора упрощается и будет иметь вид, как на рис. 1.21. Такие малосигнальные схемы полезны для простых оценочных расчетов электронных устройств с использованием транзисторов. Эти оценки далее можно уточнить с использованием более сложных моделей. Но в целом ряде случаев для расчета устройств бывает достаточно и упрощенного расчета. Здесь введены следующие малосигнальные параметры: крутизна – изменение

ределяемое по входной характеристике IB = f(UВЕ ).

Данные параметры достаточно просто определяются по входным и выходным статическим характеристикам, как показано на рис. 1.20, или можно использовать их значения, измеренные в 1.1.1. Выходной емкостью CCE можно пренебречь при анализе схемы рис. 1.21 на частотах ни-

18

же ее частоты среза. При этом полезны следующие соотношения. Учитывая, что

Для крутизны получим

Таким образом, крутизна пропорциональна коллекторному току и не зависит от индивидуальных свойств каждого транзистора. Поэтому для ее определения не требуется измерений.

Дифференциальное выходное сопротивление связано с коллекторным током через напряжение Эрли

rCE = UFA/IC . (2.3)

Тогда несложно рассчитать выходное сопротивление для любого коллекторного тока. Типовое значение UAF для n–p–n-транзисторов находится в пределах 80…200 В и 40…150 В для р–n–р-транзисторов.

Дифференциальное входное сопротивление определяется из соотношения

rBE UBE/ IB UBE / IC / / S . (2.4)

Здесь – дифференциальный коэффициент усиления по току, который можно считать равным F, определенному в 1.1.

2. СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Имеется три основные схемы включения транзистора в усилительные цепи. В зависимости от того, присоединен ли эмиттер, коллектор или база к общей точке, различают, соответственно, схемы с общим эмиттером, коллектором или базой. Наиболее часто используется схема с общим эмиттером. Для наглядности рассмотрения будем исходить из n–р–n- транзисторов и используем р–n–р-транзисторы только там, где это необходимо. Во всех схемах можно заменить n–р–n-транзисторы на р–n–р- транзисторы, поменяв одновременно полярность питающих напряжений (и электролитических конденсаторов). Параметром, который можно положить в основу рассмотрения, является напряжение база–эмиттер в рабочей точке UBЕA, составляющее для кремниевых транзисторов ~ 0,6…0,7 В.

2.1. Принцип работы схемы с общим эмиттером

Для анализа схемы с общим эмиттером (рис. 2.1) приложим такое входное напряжение Uе 0,6 В, чтобы мог протекать коллекторный ток

19

горизонтально, можно сделать допущение о том, что ток IC зависит только от UВЕ, но не зависит от UCЕ. Тогда увеличение IC из (2.1) и (2.3) составит

Для анализа схемы установим взаимосвязь между входными и выходны-

Эту систему уравнений можно записать в матричной форме: