BJT quirks

TSP #69 - Keysight EXA Signal Analyzer / Spectrum Analyzer Review, Teardown & Experiments (יולי 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

BJT quirks

פרק 4 - טרנזיסטורים צומת דו קוטבית


טרנזיסטור אידיאלי יראה עיוות 0% בהגדלת האות. הרווח שלה יגיע לכל התדרים. היא תשלוט על מאות אמפר של זרם, במאות מעלות. בפועל, מכשירים זמינים מציגים עיוות. ההגברה מוגבלת בקצה התדר הגבוה של הספקטרום. חלקים אמיתיים מטפלים רק בעשרות אמפר עם אמצעי זהירות. יש להקפיד כאשר טרנזיסטורים מקבילים לזרם גבוה יותר. פעולה בטמפרטורות גבוהות יכולה להרוס טרנזיסטורים אם אמצעי זהירות לא נלקחים.

בכיתה A-emitter מגבר משותף (דומה איור), הוא מונע כמעט לגזום ב Figureelow. שים לב כי שיא חיובי הוא שטוח יותר מאשר פסגות שליליות. עיוות זה אינו מתקבל על הדעת ביישומים רבים כמו שמע נאמנות גבוהה.

עיוות ב מגבר האות emitter משותף גדול.

מגברי אותות קטנים הם ליניאריים יחסית מכיוון שהם משתמשים בקטע ליניארי קטן של מאפייני הטרנזיסטור. מגברי אותות גדולים אינם 100% ליניאריים, מכיוון שתכונות טרנזיסטור כמו β אינן קבועות, אך משתנות עם זרם אספן. β הוא גבוה ב הנוכחי אספן נמוך, נמוך ב הנוכחי נמוך מאוד הנוכחי או גבוה. אמנם, אנו נתקלים בעיקר β ירידה עם זרם אספן גדל.

 מגבר פולט משותף Vbias 4 0 0.74 Vsig 5 4 חטא (0 125m 2000 0 0) rbias 6 5 2k q1 2 6 0 q2n2222 r 3 2 1000 v1 3 0 dc 10 .model q2n2222 npn (= = 19f bf = 150 + vaf = 100 f = = = = = = = = = = 7.5 = = = = = c = = p = t = 0.5 m = + cjc = 11p tr = = 7n xtb = 1.5 kf = 0.032f af = 1) .fourier 2000 v (2) .tran 0.02m 0.74m. 

 spice -b ce.cir ניתוח Fourier v (2): THD: 10.4688% הר Freq Norm Mag --- ---- --------- 0 0 0 1 2000 1 2 4000 0.0979929 3 6000 0.0365461 4 8000 0.00438709 5 10000 0.00115878 6 12000 0.00089388 7 14000 0.00021169 8 16000 3.8158e-05 9 18000 3.3726e -0 

רשימה נטו של SPICE: עבור ניתוחים ארעיים ופורייה. ניתוח פורייה מראה 10% עיוות הרמוני (THD).

רשימת SPICE בטבלה מציגה כיצד לכמת את כמות העיוות. הפקודה ".fourier 2000 v (2)" אומרת ל- SPICE להתיר ניתוח פורייה ב -2000 הרץ על הפלט v (2). בשורת הפקודה "spice-b circuitname.cir" מייצרת את פלט ניתוח פורייה ב Tableabove. זה מראה THD (עיוות הרמוני הכולל) של מעל 10%, ואת התרומה של ההרמוניה הפרט.

פתרון חלקי לעיוות זה הוא להקטין את זרם האספן או להפעיל את המגבר על חלק קטן יותר של קו העומס. הפתרון האולטימטיבי הוא להחיל משוב שלילי. ראה משוב.

טמפרטורה משפיעה על מאפייני AC ו DC של טרנזיסטורים. שני היבטים לבעיה זו הם וריאציה טמפרטורת הסביבה וחימום עצמי. יישומים מסוימים, כמו צבא הרכב, דורשים פעולה על פני טווח הטמפרטורה המורחבת. מעגלים בסביבה שפירה כפופים לחימום עצמי, ובמיוחד למעגלים בעלי הספק גבוה.

זרם דליפה אני CO ו להגדיל β עם הטמפרטורה. Β DC β h מגדילה אקספוננציאלית. AC β h מגדילה, אבל לא במהירות. היא מכפילה מעל טווח של -55 o עד 85 o C. כמו טמפרטורות מגדילה, את הגידול h fe יניב פלט גדול יותר emitter, אשר יכול להיות מקוטע במקרים קיצוניים. העלייה ב- h FE מעבירה את נקודת ההטיה, אולי לגזום פסגה אחת. שינוי נקודת הטיה הוא מוגבר במגברים משולב ישיר רב שלבי. הפתרון הוא צורה כלשהי של משוב שלילי לייצוב נקודת ההטיה. זה גם מייצב רווח AC.

הגדלת הטמפרטורה ב FigureELow (א) תקטין V BE מ 0.7V נומינלי עבור טרנזיסטורים סיליקון. הפחתת V מגביר את זרם האספן במגבר פולט משותף, מה שמעביר את נקודת ההטיה. התרופה עבור העברת V BE הוא זוג טרנזיסטורים מוגדר כמגבר דיפרנציאלי. אם שניהם טרנזיסטורים ב Figurebelow (ב) נמצאים באותה טמפרטורה, V BE יהיה לעקוב אחר עם שינוי הטמפרטורה וביטול.

(a) מגבר יחיד מסתיים CE לעומת (ב) מגבר דיפרנציאלי עם ביטול V BE .

טמפרטורת צומת מקסימלית מומלץ עבור התקני סיליקון הוא לעתים קרובות 125 o C. למרות, זה צריך להיות נגזר על אמינות גבוהה יותר. טרנזיסטור פעולה מפסיק מעבר 150 o C. סיליקון קרביד וטרנזיסטורים יהלום יפעל הרבה יותר גבוה.

הבעיה עם הגדלת הטמפרטורה גורמת גובר האספן הנוכחי הוא כי הנוכחי יותר להגדיל את כוח התפוגגה על ידי הטרנזיסטור אשר, בתורו, מגביר את הטמפרטורה. זה מחזק את מעגל ידוע המכונה תרמית לברוח, אשר עלול להרוס את הטרנזיסטור. שוב, הפתרון הוא תוכנית משוא פנים עם צורה כלשהי של משוב שלילי לייצב את נקודת ההטיה.

קיבול קיים בין טרמינסטורים של טרנזיסטור. קיבול בסיס אספן C CB וקיבולת בסיס emitter C EB להפחית את הרווח של מעגל emitter משותף בתדרים גבוהים יותר.

ב מגבר emitter משותף, משוב קיבולי מאספן לבסיס ביעילות מכפיל C CB על ידי β. כמות שלילי הפחתת משוב שלילי קשורה הן הרווח הנוכחי, ואת כמות הקיבול בסיס אספן. זה ידוע בשם אפקט מילר, אפקט מילר.

הרגישות האולטימטיבית של מגברי אות קטנים מוגבלת ברעש עקב שינויים אקראיים בזרימה הנוכחית. שני המקורות העיקריים של רעש טרנזיסטורים הם ירו רעש עקב הזרם הנוכחי של נשאים בבסיס רעש תרמי . מקור הרעש התרמי הוא התנגדות המכשיר ומגביר עם הטמפרטורה:

רעש במגבר טרנזיסטור מוגדר במונחים של רעש עודף שנוצר על ידי המגבר, לא רעש זה מוגבר מ קלט פלט, אבל שנוצר בתוך מגבר. פעולה זו נקבעת על ידי מדידת יחס אות לרעש (S / N) בקלט ובפלט של המגבר. מתח מתח AC של מגבר עם קלט אות קטן מתאים S + N, אות בתוספת רעש. מתח AC ללא אות תואם לרעש N. דמות הרעש F מוגדרת במונחים של קלט / פלט של מגבר ופלט:

דמות הרעש F עבור טרנזיסטורי RF (תדר רדיו) מופיעה בדרך כלל על דפי נתונים של טרנזיסטור בדציבלים, F d . טוב רעש VHF (בתדר גבוה מאוד, 30 MHz ל 300 MHz) הוא 1 dB. מספר הרעש מעל VHF עולה במידה ניכרת, 20 dB לעשור, כפי שמוצג באיור.

רעש קטן טרנזיסטור רעש דמות לעומת תדר. אחרי Thiele, איור 11.147 (AGT)

Figureabove מראה גם כי רעש בתדרים נמוכים גדל ב 10 dB לעשור עם תדירות ירידה. רעש זה נקרא רעש 1 / f .

דמות הרעש משתנה עם סוג טרנזיסטור (חלק חלק). אותות טרנזיסטורים זעירים המשמשים בקלט אנטנה של מקלט רדיו מתוכננים במיוחד עבור דמות רעש נמוכה. דמות הרעש משתנה עם התאמת הנוכחי ואת התנגדות עכבה. דמות הרעש הטובה ביותר עבור טרנזיסטור מושגת על זרם הטיה נמוכה יותר, ואולי עם אי התאמה עכבה.

אם שני טרנזיסטורי חשמל זהים היו מקבילים לזרם גבוה יותר, אפשר לצפות מהם לחלוק את הזרם באופן שווה. בגלל הבדלים אופי, טרנזיסטורים לא חולקים הנוכחי באופן שווה.

טרנזיסטורים המקבילים לעוצמה מוגברת דורשים נגדי נטל פולט

אין זה מעשי לבחור טרנזיסטורים זהים. Β עבור טרנזיסטורים האות קטן בדרך כלל יש מגוון של 100-300, טרנזיסטורים כוח: 20-50. אם כל אחד מהם יכול להיות מתאימים, אחד עדיין יכול לרוץ חם יותר מאשר אחרים בשל התנאים הסביבתיים. טרנזיסטור חם יותר מצייר הנוכחי יותר וכתוצאה מכך תרמית בורח. הפתרון כאשר מקביל טרנזיסטורים דו קוטבית היא להוסיף נגדים פולט המכונה נגדים נטל של פחות אוהם. אם הטרנזיסטור החם מצייר זרם יותר, ירידה המתח על פני הנגד מגביר - משוב שלילי. זה מקטין את הזרם. הרכבה כל טרנזיסטורים על אותו heatsink עוזר להשוות הנוכחי מדי.

הביצועים של מגבר טרנזיסטור הוא קבוע יחסית, עד לנקודה, כפי שמוצג על ידי האות קטן משותף emitter הנוכחי הנוכחי עם תדירות הולכת וגוברת ב Figureelow. מעבר לנקודה זו, הביצועים של טרנזיסטור מתדרדרים עם עלייה בתדירות.

תדירות חיתוך ביתא, FT הוא תדר שבו נפוץ emitter האות קטן הנוכחי רווח (h fe ) נופל על אחדות. (Figurebelow) מגבר מעשי חייב להיות רווח> 1. לכן, טרנזיסטור לא ניתן להשתמש מגבר מעשי ב F ט . מגבלה שמיש יותר עבור טרנזיסטור הוא 0.1 · F.

נפוץ האות פולט אות קטן הנוכחי (שעה fe ) לעומת תדירות.

כמה טרנזיסטורים דו-קוטביים של סיליקון מסוג RF הם שמישים כמו מגברים עד כמה GHz. התקני הסיליקון-גרמניום מרחיבים את הטווח העליון ל -10 GHz.

תדר חתך אלפא, F אלפא הוא תדר שבו α נופל ל 0.707 של α בתדירות נמוכה, 0 α = 0.707α 0 . חתך אלפא וחיתוך בטא שווים כמעט: F אלפא ≅f T Beta חתך F הוא הדמות המועדפת של הכשרון של ביצועים בתדר גבוה.

F מקסימום הוא התדירות הגבוהה ביותר של תנודה אפשרי בתנאים הטובים ביותר של הטיה והתנגדות עכבה. זוהי התדירות שבה רווח הכוח הוא אחדות. כל הפלט מוזן חזרה לקלט כדי לשמור על תנודות. f max הוא גבול עליון לתדירות פעולת הטרנזיסטור כמכשיר פעיל. עם זאת, מגבר מעשי לא יהיה שמיש ב F מקסימום .

אפקט מילר: מגבלת התדר הגבוה של הטרנזיסטור קשורה לקיבול הצומת. לדוגמה, ל- PN2222A יש קיבול קלט C obo = 9pF וקיבולת פלט C איבו = 25pF מ- CB ו- EB בהתאמה. (FAR) למרות הקיבול של CE של 25 pF נראה גדול, זה פחות גורם מאשר קיבול CB (9pF). בגלל אפקט מילר, קיבול CB יש השפעה על בסיס שווה ערך ביתא פעמים הקיבול של מגבר emitter משותף. למה זה יכול להיות "הביפר מוסתר הדפוס">

  • → הקודם הקודם

  • אינדקס ספרי לימוד

  • דף הבא →