|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы транзисторы оказываются лучше биполярных, хотя и уступают современным /линейным" радиолампам (см. § 1.4). В МДП-транэисторах более низкий уровень дробовых шумов. Важно, что он не растет с повышением выходной мощности, обеспечивая тем самым хорошие показатели по уровню внеполосных излучений. Малая инерционность процессов в МДП-транзисторе позволяет рассматривать его работу в схемах генераторов как "полупроводниковую" лампу со всеми преимуществами, связанными с низковольтным питанием (десятки - сотни вольт) и отсутствием накала. Основной схемой включения МДП-транзисторов является схема с общим истоком (01/1), позволяющая получать большое усиление по мощности при достаточно устойчивой работе генератора. На относительно низких частотах входное сопротивление в схеме с ОИ близко к емкостному и поэтому обеспечивается коэффициент усиления по мощности, близкий к бесконечности. Благодаря высоким входным и нагрузочным сопротивлениям и отсутствию ограничения на /н МДП-транэисторы более пригодны для построения широкодиапазонных генераторов с рабочими частотами от /н О до /в = /втах. Современные МДП-транзисторы по уровню колебательной мощности догнали и перегоняют биполярные. По величине остаточного напряжения на стоке или эквивалентного сопротивления Гнас они не усту- , пают биполярным, а учитывая более высокие рабочие напряжения на стоке, достигающие 500... 1000 В, по КПД заведомо их превышают. На- j пример, в ключевом режиме относительные потери на Гнас могут со-, ставлять менее 1 %, т.е. КПД непосредственно транзистора (без учета потерь в LC-элементах) может достигать 99 %. Однако из-за высо ких переменных напряжений на стоке и затворе растут нагрузочные и входные сопротивления, что ведет к большему влиянию (шунтирующему действию) выходных и входных емкостей. В частности, это ограничивает реализацию высокоэффективного ключевого режима частотами 1...10 МГц. Кроме этого, у МДП-транзисторов ниже допустимая температура структуры (кристалла), хуже радиационная стойкость. Кроме того, лавинный пробой в МДП-транзисторах происходит за наносекунды, а не за микросекунды, как в биполярных, и поэтому системы защиты от такого пробоя практически невыполнимы. Перечисленные недостатки несколько сдерживают тенденцию "вытеснения" биполярных транзисторов МДП-полевыми. На рис. 1.4 показаны условное обозначение, эквивалентная схема и представлены проходные и выходные статические зависимости тока стока: гс от Сз при бс = const и г. от Сс при = const. Здесь помимо отсечки следует выделить две области, существенно различающиеся по своим свойствам; область насыщения и активную. В области насыщения, т.е. при малых напряжениях на стоке и больших напряжениях на затворе, ток стока изменяется приблизительно пропорционально напряжению стока гс = Сс/гнас; при больших напряжениях на стоке (активная область) ток стока мало зависит от напряжения на стоке и в основном определяется напряжением на затворе: = 5(ез - £отс). где Гнас. S и  Рис. 1.4 Еотс - эквивалентные сопротивление транзистора в области насыщения, крутизна в активном состоянии и напряжение отсечки тока стока. Конечный наклон выходных характеристик от в активной области учитывается сопротивлением Д,- в эквивалентной схеме на рис. 1.4,6. Важно отметить, что в отличие от электронных ламп в МДП-транэисторах, во-первых, напряжение отсечки для тока стока положительное, Еотс > О, во-вторых, транзисторы пропускают отрицательный ток стока гс < 0. Последнее объясняется тем, что канал полевого транзистора может пропускать ток стока в обоих направлениях. Однако технология изготовления мощных МДП-транзисторов такова, что параллельно каналу (сток-исток) образуется р-п-диод. При больших по величине отрицательных токах стока, когда напряжение на канале превышает напряжение отсечки Еотс ~ 0,7 В р-п-перехода этого дио-Да, он открывается и начинает пропускать через себя этот ток. Однако из-за накопления неосновных носителей в р-п-переходе при запирании полевого транзистора (бз < Еотс) ток стока прекратится только через время tpac, т.е. после того, как неосновные носители в р-п-переходе Диода полностью рассосутся. При работе на высоких частотах необходимо учитывать паразитные емкости полупроводниковой структуры транзистора (см. рис. 1.4,6). При общем истоке и соединенной с ним подложкой емкость С™ определяется в основном емкостью р-п-перехода, она имеет нелинейную зависимость от напряжения на стоке, причем Сси{Еси) « C*ao/\/e*je где Сси - значение емкости при напряжении Е* Емкость Скан пред-35
ставляет собой емкость конденсатора между металлизацией затвора и проводящей областью истока. Сопротивление кан. включенное с ней последовательно, учитьвает потери из-за конечного сопротивления канала. Емкость Ссз образуется подобным конденсатором между металлизацией затвора и областью стока. В схеме на рис. 1.4,б" добавлены эквивалентные сопротивления материалов затвора Гз, истока Ги и стока Гс, а также индуктивности выводов транзистора L, Lc и Ьи- Таблица 1.2 Высокочастотные параметры
В табл. 1.2 для мощных МДП-транзисторов с п-проводимостью канала приведены: параметры идеализированных статических характеристик (крутизна S, сопротивление насыщения Гдас, напряжения отсечки Еотс •1 внутреннее сопротивление /?,); высокочастотные параметры (емкости Скан. Ссз и Сси при определенных напряжениях Ези и £си. сопротивления Гз, Гкан. и и Гс, а также индуктивности выводов L, L„ и Lc). Если величины сопроти-
 Окончание табл. 1.2 400 400 400 <400 400 400 400 400 400 400 $400 <400 <400 <400 <1500 0.SOO <1500 $1000 $1000 $1000 $1000 $1000 $1000 $2250 Тепловые параметры <С.ДОО, 155 150 150 155 150 150 150 150 150 150 150 150 150 °С/Вт (Рр.с, Вт) 25 1,5 1,5 4,0 (3) (15) (30) (3) (6) (15) 1,5 1,5 (250) (250) 10...15 (160) 10...15 Экспериментальные параметры 30 60 60 100; 60 60 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400; 200 400 1000 1000 400 1000 400 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1760 Ри. Вт 0,09... 0,06 30... 40 50... 75 >10 0,8...1,8 3 15 30 3 6 15 30... 41 50... 60 70... 90 100... 120 100... 120 150... 165 200... 240 250... 280 1...1,4 3...4 7 4...6; 10 10... 12 17... 22 25...30 22...30 50... 55 70... 78 >1,0 7,6... 16 13...25 13...25 7...12,5; 10... 16 6,6... 15,4; 1,7...4,0 >8,7 >6,3 >5,0 >4,7 >12 >4,7 4...11 3...18,5 4...5,4 4...5 6...6,7 7...7,4 13 6...6,8 6,2...6,7 8...15 1,77...3 >3,6 3...4,7; >5,2 3...4 4... 5 4...5 4...5 4...4,4-4 >2,2 п, 49...53 49...53 35... 44 >50 >50 >50 >50 >50 >50 40... 50 40... 55 40...49 46...50 50... 56 52...58 57 45...53 50... 55 25...33 32...38 33...40 32... 39 32...36 >30 10 55 55 50 12 12 12 12 12 12 40 40 45 45 50 50 40 45 45 45 50 45 35 Режим работы Класс А Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В Класс В влений не приводятся, то для приближенных расчетов надо принять Дг = ОО, а Гз, Гкан, »и И Гс ВЗЯТЬ раВНЫМИ НуЛЮ. в следующих разделах приводятся предельно допустимые, тепловые и экспериментальные параметры МДП-транзисторов, аналогичные .параметрам в табл. 1.1 для биполярных транзисторов. У полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТШ) инерционность процессов на один-два порядка меньше, чем у полевых транзисторов с р-п-переходом и МДП-транзисторов. Кроме того, технология изготовле- ния барьера Шоттки позволяет уменьшать межэлектродные расстояния вплоть до субмикронных размеров. Это, а также получение больших скоростей пролета носителей при относительно низкой напряженности поля в арсениде галия по сравнению с кремнием позволяет существенно снизить времена пролета и повысить граничную частоту усиления. Для современных маломощных транзисторов из арсенида галия она достигает 80... 100 ГГц. Мощные ПТШ работают на частотах до 25.. .45 ГГц, причем они превосходят биполярные транзисторы по уровню мощности 0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||