Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
комплексным, a MAG - неопределенным. Измеренные значения MAG для
находящихся "а современном уровне транзисторов {Л. 29] показаны на рис.
00. [Величина MAG около 5 дб при 4 Ггц реализована как на iGe, так и на
Si-транзисторах. 'На арсениде галлия ¦разработаны толевые транзисторы
(1FET) с затвором в виде контакта металл - полупроводник. Эти транзисторы
мы рассмотрим в гл. в. Показанные на рис. 00 значения ту.м-фактора также
будут обсуждены в дальнейшем.
1 С*
Г. Коэффициент однонаправленного усиления (U-функция). Прямое усиление
>по мощности в усилителе с обратной связью, в котором обратное усиление
по мощности сведено к нулю путем отстройки взаимной обратной связи
транзисторного четырехполюсника. Коэффициент однонаправленного усиления
не зависит от реактивностей в цепи и от схемы включения.
Д*функция определяется как
,1 -_____________l^i + Ai2|2__________. (51.
и- 4[Re(/z11)Re(/z22) + Im(A12)Im(/!21)] V '
Для эквивалентной схемы (рис. 19,а) Д-функция равна [Л. 30]:
и= г ^-щгс-Г' (52)
"""с. {-.п, ига + , +4r,;,f;c.-)
где Im(o(f)] - мнимая часть усиления по току в схеме с общей базой. Если
01(f) выразить как cto/i(l +jflfr) и три условии f<fr Iml[o(f)] .может
быть прибливительно записано как -"оflfr или
-(GoCOTec-
Тогда усиление равно:
"о а0/Д
и^ ' / Гг"\ 16n2SV0C0T*ec ' (53>
шчьсср
('•+-?0
где использованы соотношения гь - reS/L и Сс = C"SL, т*ес - сумма' тес и
геСс/ай. Если о,^1 и тес > геСс, уравнение (53) упрощается:
fT h/f*
U- 8nfsrbCc ~8,xS*r0C0' (54)
Д. Максимальная частота генерации. Частота, на которой коэффициент
однонаправленного усиления равен единице. Из уравне-
ний (53) и '(54) получаем:
1 Г а0 "11/2
fnrn* ^ W I г0С"т*ес J ' (55а)
.-L-Г ^т. ]1/2. (556)
' 2S [ 2nr0C0J
Заметим, что коэффициент 'однонаправленного усиления и максимальная
частота генерации возрастают при уменьшении S, что и делает ширину
емиттерной -полоски одним из критических размеров СВЧ-транзисторов.
Е. Фактор шума. Фактор шума - это отношение полного среднего квадрата
шумового напряжения на выходе транзистора к 'среднему теадрату шумового
напряжения на выходе, обусловленных
¦тепловым шумом сопротивления источника Rg. На низкой частоте
доминирующий источник шумов к транзисторе обусловлен поверхностными
.эффектами, которые приводят к возрастанию шумов по закону 'I/if- На
средних и высоких частотах фактор дается выражением [Л. 30а]
NF= 1+-^ + п^- +
2 Re
+
(1 - о.) [1 + (1 - О.)-" (f/fl)] (Re + r" + г.)"
(56.)
2"0 reRg
где Rg-сопротивление генератора. Из уравнения 1(56) можно видеть, что -на
средних частотах, корда f<С фактор шума прибли-
Таблица 6-3
//-функция и фактор шума микроволновых транзисторов на частоте 4 Ггц, дб
U и NF Тип Ge Si GaAs
//-функция п-р-п 18,1 12,4 16,1
р-п-р 22,1 12,6 19,8
Оптимальный фак- п-р-п 3,6 5,0 3,3
тор шума р-п-р 2,5 4,8 2,3
знтельно постоянен и определяется параметрами гъ\ re\ (1-ас) и Rg. Имеет
место оптимальный предел Rg. который может быть рассчитан из условия
d(NF)ldRg= 0. Для низко-шумящего прибора очень важной является малая
величина (1-ао) или высокое р0. На высокой частоте при шум-фактор будет
возрастать приблизительно по закону f2 Рассчитанные по уравнению (54) //-
функция и оптимальный шум-фактор на 4 Ггц перечислены в табл. 6-3. Мы
использовали геометрию прибора, параметры материала, полученные в разд.
3(2), и табл. 6-1. Заметим, что для данного полупроводника р-п-р
транзистор имеет немного более высокое значение //-функции. Это главным
образом обусловлено меньшим сопротивлением гь в базе п-тнпа, которым
объясняется также
40
30
20
10
>>
о
NF \ 36
\ \ У 1/f
- \ \
- \ 1 / г, * / f
i
101 Ю3 10s т7 гц.
Рис. 21. Оптимальный шум-фактор в зависимости от частоты для германиевого
р-п-р микроволнового транзистора ,[Л. 45].
/ - область "белого" шума; 2-область, характеризуемая
изменением шума 6 дб иа октаву
более низкий шум-фактор в р-п-р транзисторах. Зависимость шум-фактора от
частоты в СВЧ-диапазоне показана на рис. 20. У германиевого р-п-р
транзистора из-за малого баз'ового сопротивления наблюдается и более
низкий шум-фактор. Рисунок 21 иллюстрирует зависимость оптимального шум-
фактора от частоты для, современного германиевого транзистора. Заметим,
что кривую можно грубо разделить на три области: область 1 /f-шумов,
область "белого" шума, в которой шум-фактор не зависит от частоты, и
область роста шумов по закону 6 дб на октаву, в которой доминирует за-'
кон (f/fj*.
4. Мощные транзисторы
1. Общие соображения. Мощные транзисторы конструируются Яля усиления
мощности, а также для ее регулирования и преобразования. Хотя нет хорошо
очерченной границы между мощными и СВЧ-транзисторами. для мощного
транзистора в 'первую очередь рас--
сматривают усиление по мощности, эффективность эмиттера .и к. п. д., в то
время как для СВЧ-транзистора частоту отсечки и шум-фактор рассматривают
в первую очередь. Выходная мощность в зависимости от частоты для
