3. Шумовые свойства транзистора.

1. Физическая природа шумов

Шумы транзистора состоят из нескольких составляющих.

1. тепловой шум;

2. дробовой шум;

3. избыточный (фликкер-шум);

4. случайные шумы флуктуации I_э, которые вызваны перераспределением тока между базой и коллектором.

• Тепловые шумы обусловлены сопротивлением тока r_б.

• Дробовые шумы обусловлены перераспределением носителей заряда между эмиттерным и коллекторным переходами.

• Избыточные шумы – специфические шумы, которые возникают вследствие изменения состояния поверхности кристалла.

1.Избыточные шумы зависят от технологических факторов:

2.Пропорциональны протекающему току,

4.Проявляются на НЧ и инфра НЧ. С ростом частоты доля избыточных шумов уменьшается пропорционально 1 / f.

3.Больше у n-p-n Т, чем у p-n-p.

2. Эквивалентная схема для определения шумовых параметров.

Шумовые свойства транзистора отображаются входным генератором напряжения шума e_ш и входным генератором шума тока i_ш.

Т оковые шумы и шумы напряжения не коррелированы между собой.

;

;

где 4kTR_г – тепловой шум резистора R_г.

-

Шум напряжения- генератор шумового напряжения, включает в себя тепловой шум объемного сопротивления r_б и дробовой шум I_к.

, В²/Гц

При больших I_к добавляется фликкер-шум.

• Токовый шум (i_ш)

Состоит из двух составляющих: флуктуации дробового шума в I_б при установлении I_б, пропорционален , вторая составляющая – шумы фликкер эффекта, они растут быстрее, чем и имеют спектр 1/f.

• З ависимость шумового тока от тока коллектора:

(к_ш ).

Коэффициент шума используется для сравнения различных транзисторов.

F_ш – отношение измеренной в полосе частот 1 Гц суммарной мощности шума, приведенной ко входу к мощности теплового шума резистора R_г.

, дБ

Коэффициент шума определяется:

Полным сопротивлением источника сигнала R_Г;

Параметрами режима;

Параметрами транзистора (β, I_КБ0, C_Э, f_h21э, r_Б, r_Э;

Рабочей частотой.

Величина F_ш имеет min значение при R_г оптимальное, т.е. когда составляющие шума тока и шума напряжения равны.

Зависимость F_ш от R_г и I_к для БТ.

F_ш зависит от h_21э, I_кб*, С_э, f_h21б, r_б, r_э, f_рабоч.

• Зависимость F_ш для БТ и ПТ от сопротивления источника сигнала R_г:

БТ лучше в низкоомных источниках сигнала: от 300 Ом до 100 кОм - 1 МОм; I_к от 1 мкА до единиц мА.

R_г>100 кОм меньшей *** обеспечивают ПТ.

На частотах до 1МГц ПТ меньше шумят, чем МОП-Т, что связано с тем, что у МОП-Т больше фликкер-шума, поэтому поверхность МОП-Т пассивируют N₃Si.

4.Особенности мощных транзисторов.

В рабочем режиме имеют большую величину тока и напряжения. Ток распределяется по эмиттеру неравномерно, плотность тока увеличивается к краям эмиттера, поэтому изготавливают эмиттеры, у которых большой периметр.

Изготавливается многоэмиттерная структура; эмиттер представляет собой полоски.

a_э=10…20 мкм – ширина;

l_э=100…200 мкм – длина.

Для выравнивания тока I_э изготавливают резисторы как правило тонкопленочные.

Многоструктурные транзисторы – матрица из транзисторов, соединенных параллельно.

Ток и напряжение не должны выходить за пределы области максимальных режимов.

БТ U_кэ=100В; при I_к=50А; P_напр=175…200 Вт.

З ависимость – области max режимов.

I_обл Ограничен I_кmax допустимое II_обл Ограничение по P_{к max} допустимое

III_обл Ограничение вызванное вторичным пробоем – это пробой, который может возникнуть при определенных сочитаниях I_к и U_кэ у любого Т в активном режиме и режиме отсечки при U_эб<0, т.е. происходит пробой перехода эмиттер – база.

IV_обл. Ограничивается граничными напряжениями ВАХ при заданных условиях на входе.

V_обл. Ограничивается U_{кэ max пробивное}.

При увеличении температуры корпуса диапазон уменьшается, I_max ограничивается: P_доп, h_21э (I_к => h_21э до 1В), критическим током, при котором происходит второй пробой, r_кэ.

Мощные транзисторы нежелательно использовать в маломощных цепях.

Второй пробой может возникнуть в активном режиме и в режиме отсечки при значениях тока и напряжения меньше максимально допустимых (U_КЭ = U₂).

Причины:

• Неравномерное токораспределение;

• Образование мест локального перегрева;

• Потеря термической стойкости.

• Мощные ВЧ транзисторы.

Требования: малые емкости между электродами, которые могут создавать паразитные обратные связи (ОС).

- малые L выводов;

- структура Т, у которого должна быть С_к, r_к, U_{кэ нас}  и f_гр

• Эти транзисторы характеризуются следующими параметрами:

1. Р_вых;

2. К_ур;

3. 

4. I_критич – величина тока при котором происходит уменьшение f_гр в

Чтобы уменьшить r_б, надо увеличить концентрацию => С_эк, С_кб.

• С труктура СВЧ транзистора: (n-p-n Т с тонкой базой 0.10.3 мкм).

Для I_э и соответственно f_гр, необходимо увеличить *** и уменьшить nWk, тогда уменьшиться С_{к бар.}, W_к и r _к, но происходит U_{пробойного}. Поэтому транзисторы с высокой f_гр имеют более низкие значения I, U, Р_{рассеивания}.

• Рf²=const – ограничивается напряжением пробоя, с другой стороны – конечной скоростью полета носителей заряда.

СВЧ транзисторы содержат цепи согласования.

2Т985АС

Критичнs к КЗ и ХХ.

Корпуса с плоскими выводами коаксильного типа.

Металлокерамическиеа.

Полевые СВЧ транзисторы.

ПТШ на AsGa 3П602 до ГГц – усилительные и генераторные. Канал n-типа.

• Составные транзисторы.

КТ829 – мезапланарный Т n-p-n для УЗЧ.

=750; I_к=8А; I_б=0.2А; Р_р=60Вт.

U_бэ=2.5В; I_к=3.5А; I_б=14мА.

Схема принципиальная:

_общ=₁*₂ Резисторы здесь для стабильной работы.

Диод тут защита от обратных токов при работе на L и при неправильном включении в источник питания.

• Конструкция корпусов транзисторов.

Корпус – от механических повреждений и воздействий внешних факторов (температура и т.д.); должен эффективно отводить тепло, обеспечивать электрическую изоляцию токопроводящих выводов, надежное соединение с электрическими цепями, простое и удобное крепление в аппаратуре.

Корпуса могут быть:

- металлостеклянные;

- металлические с проходными изоляторами;

- металлокерамические;

- керамика с пластмассой;

• пластмассовые.

Для маломощных транзисторов применяются корпуса:

-металлостеклянные: КТ-1, КТ-2, (ТО-18, ТО-5, ТО-39)

Р до 15Вт; f_гр1.5 ГГц

-металлокерамические: КТ-4; КТ-6; КТ-7 (ТО-60, ТО-61, ТО-63)

Р200Вт; f_гр500 МГц

Выводы изолированы от корпуса.

-металлостеклянные: КТ-8, КТ-9 (ТО-66, ТО-3)