Эквивалентная схема биполярного транзистора на СВЧ. Расчетные параметры транзистора

ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Мощные генераторные транзисторы на СВЧ используются по мощности не менее чем на 40-50% от максимального значения, так как при нарушении этого требования усиление транзистора и его КПД резко падают [1].

В справочниках указывают интервал рабочих частот, рекомендуемых для данного транзистора. Транзистор характеризуется граничной частотой f_T, при которой коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером равен 1. Нижняя рабочая частота обычно рекомендуется 20-30% от f_T, а верхняя близка к f_T для схемы с общим эмиттером и ограничивается (2…3) f_T для схемы с общей базой. На нижней рабочей частоте указанного интервала максимальная выходная мощность приблизительно в два раза может превышать мощность на верхней рабочей частоте. Не желательно применять транзисторы, у которых нижняя частотная граница выше частоты, заданной при проектировании, так как в этом случае снижается надёжность работы транзистора и увеличивается вероятность самовозбуждения.

Схема включения транзистора (общий эмиттер или общая база) определяется конструкцией корпуса транзистора. Если с корпусом соединён вывод эмиттера (например, как у транзисторов типа КТ907; КТ909); то транзистор включается по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Если с корпусом соединён вывод базы (примером могут быть транзисторы типа КТ918, КТ919), то транзистор включается по схеме с общей базой (ОБ). При изолированных от корпуса выводах транзистора включение последнего можно выполнить как по схеме с ОЭ, так и по схеме с ОБ. Обычно схема включения транзистора указывается в справочнике.

Параметры мощных высокочастотных транзисторов можно подразделить на следующие группы [3].

“Параметры идеализированных статических характеристик”, где приводят параметры транзистора на низких частотах (ω→0): коэффициент усиления по току; сопротивления базы r_б , эмиттера r_Э , коллектора r_К, а также сопротивления насыщения r_нас= r_к+ r_Э.

“Высокочастотные параметры”, где приводятся параметры транзистора на высоких частотах: граничная частота, f_T ёмкости эмиттерного и коллекторного переходов и индуктивности выводов транзистора.

«Допустимые параметры». Здесь приводятся допустимые параметры (импульсные) напряжения на коллекторном переходе, обратное напряжение на эмиттерном переходе и напряжение коллектор-эмиттер, допустимые постоянные составляющие токов базы и коллектора и допустимые импульсные значения этих токов, а также диапазон рабочих частот транзистора.

«Тепловые параметры», где проводятся максимально допустимая температура переходов транзистора и тепловое сопротивление переход-корпус транзистора.

«Рабочие (энергетические) параметры», где указан типовой режим транзистора на верхней рабочей частоте: полезная мощность, КПД, коэффициент усиления мощности. Рабочие параметры получены экспериментально и являются усредненными для заданного транзистора. Эти параметры являются основными для выбора транзистора на начальном этапе проектирования.

Эквивалентная схема биполярного транзистора на СВЧ. Расчетные параметры транзистора.

Биполярные транзистор является инерционным и нелинейным активным элементом [1]. Инерционность транзистора обуславливается наличием емкостей эмиттерного и коллекторного переходов, а нелинейность - зависимостью емкостей переходов от приложенных напряжений. Кроме емкостей в диапазоне СВЧ следует учитывать индуктивности выводов транзистора.

Рис. 2.1. Эквивалентная схема биполярного транзистора СВЧ

Эквивалентная схема мощного биполярного транзистора на СВЧ при включении его по схеме с ОЭ приведена на рис. 2.1, где Б, К, Э- соответственно выводы базы, коллектора и эмиттера транзистора; Iб -генератор гармонического тока возбуждения транзистора; Lб, Lк и Lэ – индуктивности выводов базы, коллектора и эмиттера; Rб и Rэ – сопротивления базы и эмиттера; Rк’ – сопротивление, пересчитанное параллельно ёмкости коллекторного перехода; Cэ – барьерная емкость закрытого эмиттерного перехода; Cка и Cкп – активная и пассивная емкости закрытого коллекторного перехода; Сд – диффузионная емкость открытого эмиттерного перехода; R_β – сопротивление рекомбинации неосновных носителей в базе; E' – напряжение отсечки тока транзистора; Iг – генератор тока в выходной цепи транзистора, отражающий его усилительные свойства; Zн – сопротивление нагрузки на внешних выводах транзистора.

Ключи (Кл) на схеме обозначают два состояния транзистора. Если оба ключа замкнуты (напряжение на эмиттерном переходе больше, чем E'). Транзистор находится в активном состоянии (усилении колебаний). Если оба ключа разомкнуты (напряжение на переходе меньше чем E'), то транзистор находится в состоянии отсечки тока.