+70 *ZD°C -3D I

+70 -20 T -30

Рис. 9-81. Температурные зависимости входных (а) и выходных (б) статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером.

Рис. 9-80. Температурные завнсщяости входных (й) и выходных (6) статических характеристик анзистора в схеме с общей базой.

щаются влево (рис. 9-80, а) на 2-Змв/град, а выходные должны смещаться вверх на величину приращения обратного тока коллектора /ко (рис. 9-80,6). У реальных транзисторов обратный ток коллектора /ко может заметно превыщать ток насыщения за счет других составляющих (см. стр. 393), слабо зависящих от температуры. При этом в области не слищ-ком высоких температур обратный ток зависит от температуры значительно меньще, чем ток насыщения.

Температурная зависимость статических характеристик в схеме с общим эмиттером (рис. 9-81) выражена сильнее, чем в схеме с общей базой, поскольку здесь возрастает влияние температурной зависимости коэффициента усиления по току. Ввиду того что ток базы соизмерим с обратным током коллекторного перехода, входные статические характеристики (рис. 9-81, с) при повыщении температуры не только смещаются влево, но и опускаются вниз, глубже заходя в область обратных направлений тока базы. Выходные характеристики (рис. 9-81,6) смещаются вверх на величину, примерно в р раз превыщающую температурное приращение обратного тока. Кроме того, увеличение коэффициента усиления по току снижает напряжение f/a при котором а обращается в единицу, а Р стремится к бесконечности. Поэтому допустимые рабочие напряжения коллектора в схеме с общим эмиттером могут заметно снижаться при повышении температуры.

Типичные температурные зависимости малосигнальных параметров транзистора приведены на рис. 9-82. Коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером P=/i2i9 в среднем возрастает на 10-15% при повышении температуры на 10° С, но у транзисторов с высокоомной областью коллектора может увеличиваться более резко и при температуре 60-70° С стремиться к бесконечности. Температурный коэффици-

ления току эмиттера. Аналогичный характер зависимостей проявляется и у параметров-проводимостей и параметров-сопротивлений эквивалентного четырехполюсника при средних токах, пока сопротивления объемов полупроводника (/-g, rl, Гк.о, Гэ.о на рис. 9-61) малы в сравнении с сопротивлениями ОТМ.

Напряжение коллектора влияет на толщину коллекторного перехода и, следовательно, изменяет толщину базы w и напряженность поля в коллекторном переходе. Поэтому повышение коллекторного напряжения приводит к росту коэффициента усиления по току, к некоторому увеличению граничной частоты усиления по току в схеме с общей базой (f на рис. 9-79) и снижению емкости коллекторного перехода

(Ск). Кроме того, от напряжения на коллекторном переходе могут существенно зависеть шунтирующая его утечка и выходная проводимость в схеме с общей базой

(fee).

Зависимость электрических характеристик транзистора от температуры. Наибольшее влияние температура оказывает на ток насыщения р-п переходов транзистора, который увеличивается почти вдвое при повышении температуры на каждые 10° С. При этом в схеме с обшей базой входные статические характеристики транзисторов сме-

-чЯ7

60 ос

Рис. 9-82. Типичные зависимости параметров транзистора* от температуры.

ент емкости коллекторного перехода не превышает 10- град-К

Шумовые характеристики транзисторов

Для описания шумовых свойств транзисторов всеобщее распространение получил коэффициент шума Ш, показывающий, во сколько раз мощность шума Рш.н в цепи нагрузки реального транзистора превышает мощность шума Рш.н.ид в цепи нагрузки идеального бесшумного транзистора, эквивалентного по всем остальным параметрам данному реальному транзистору:

Я/ = = (? -(9-189) ш.и.ид \ .ш-н.ид /

Таким образом, как и в усилительных устройствах {§ IO-I) коэффициент шума транзистора показывает, во сколько раз ухудшается отношение сигнал/шум в результате привносимого транзистором шума.

Для придания коэффициенту шума однозначного смысла принято определять его яри условии, что источнику сигнала во входной цепи транзистора свойственны только тепловые шумы, напряжение которых связано с внутренним сопротивлением источника сигнала формулой Найквнста:

ма транзистора не зависит от частоты ,и достигает минимального значения 1(2-5 дб). На низких частотах (ниже fi иа рис. 9-85) коэффициент шума возрастает обратно пропорционально частоте, в связи с чем говорят о )шумовой компоненте - Комнонен-та l/f обусловлена несовершенством поверхности полупроводника. Специальными технологическими приемами удается существенно ослаблять эту компоненту, в результате чего у лучших низкошумящих транзисторов частота fi понижается до 100-200 гц и ниже.

f В области высших частот рост коэффициента шума объясняется флуктуациями токораспределения

между коллектором и базой при понижении коэффициента усиления по току а. Частота fz является среднегеометрической гранигшых частот ко-эффици!ентов усилений по току в схе-

06 W -

10 -

f=lKm.

Рис. 9-83. Типичные зависимости коэффициента шума транзистора от постоянного тока эмиттера (а) и напряжения Лллектора (б).

= 4kTR Д/.

(9-190)

Рис. 9-84. Типичные зависимости коэффициента шума транзистора от сопротивления источника сигнала.

тде k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура сопротивления источника Rt, которая при вычислении Ш принимается равной 290° К;

Д/-эффективная полоса пропускания.

Коэффициент шума транзистора зависит от рабочей точки (рис. 9-83) и температуры транзистора, от величины сопротивления источника сигнала (рис. 9-84) и от рабочей -частоты усилителя (рис. 9-85).

В области средних частот (обычно от диниц килогерц до 0,1 fJ коэффициент шу-

10 f, 10*

!0-/г 10 югц

Рис. 9-85. Зависимость коэффициента шума транзистора от частоты.

мах с общей базой (fj и с общим эмиттером (fp ):

/. = Г7Л7 (9-191)

где Ро - низкочастотное значение коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером. Выше этой частоты коэффициент шума возрастает примерно пропорционально квадрату частоты.

Наивыгоднейшая величина тока эмиттера (/э.опт на рис. 9-83, й) у маломощных германиевых транзисторов в области 41Изких частот составляет 0,3-0,5 ма и возрастает с повышением рабочей частоты доЗ-5 ма. Наивыгоднейшее сопротивление источника сигнала (/?г.опт на рис. 9-84) в области низких частот составляет 500-1 ООО ом и понижается до 30-50 ом на выаиих рабочих частотах.

Оптимальные значения тока эмиттера, сопротивления источника сигнала и соответствующие значения коэффициента шума транзистора остаются примерно одинаковыми в любой схеме включения (с ОБ, ОЭ и ОК), но с учетом условий согласования по мощности наименьший коэффициент шума многокаскадных транзисторных усилителей в широком диапазоне частот обеспечивается при включении транзистора с общим эмиттером.

При повышении коллекторного напряжения коэффициент шума может существенно возрастать (рис. 9-83,6), что связано с увеличением флюктуации тока утечки коллектора и предпробойными явлениями..

Параметры транзистора в режиме большого сигнала

Если амплитуда напряжения сигнала на эмиттерном переходе превышает 20-50 мв, то расчеты, основанные на малосигнальных параметрах, становятся неточными. В этих случаях широко применяются графо-анали-тические методы расчета, использующие се-

мейства статических характеристик транзистора (см. стр. 412).

Кроме того, часто пользуются теми же формулами, что и в режиме малого сигнала, заменяя малосигнальные значения параметров средними за период значениями в рабочей области токов и напряжений.

Способы определения средних значений параметров транзистора при большом сигнале варьируются в зависимости от конкретного содержания решаемой задачи и требуемой точности. Наибольшую точность дает расчет средних значений как коэффициентов пропорциональности между амплитудами первых гармоник токов и напряжений сигнала с помощью анализа Фурье или модифицированных функций Бесселя. Приближенные низкочастотные средние значения параметров при большом сигнале определяются отношением конечных приращений токов и напряжений, -например:

Р=--

C; =const

Рис.

6. Рабочие точки транзистора в режиме в схеме с общим эмиттером.

и Т. Д. Величины приращений Д/к, А/э, Д/е и др. берутся равными удвоенной амплитуде рабочего сигнала.

Статические параметры транзистора-ключа. В подавляющем большинстве переключающих схем транзистор включается по схеме с общим эмиттером: ток нагрузки проходит по цепи, замыкающейся промежутком коллектор-эмиттер, а управление осуществляется при помощи сигналов, вводимых в цепь база - эмиттер. При этом запертое состояние (ток в цепи нагрузки выключен) достигается переводом рабочей-точки транзистора в область отсечки, а отпертое - переводом ее в область насьще-ния коллекторного тока (см. стр. 414). Постоянные напряжения и токи, действующие в цепях транзистора как в запертом, так и в отпертом состоянии, могут быть определены с помощью семейства выходных статических характеристик для схемы с общим эмиттером после нанесения линии нагрузки (рис. 9-86).

Ток коллектора запертого транзистора / .з - остаточный ток в выключенном состоянии. Зависит от свойств транзистора, температуры и способа запирания транзистора. Три возможных режима запирания транзистора характеризуют точки Б, В, Г на рис. 9-86. Наиболее надежным и распространенным способом запирания является смещение эмиттерного Ig перехода небольшим обратным

-I кз напряжением (для транзисто--го в ров структуры р-п-р Ue.s<0).

При этом ток /k.s достигает минимального значения, близкого переключения значению обратного тока кол-