3.6. Особенности измерения энергетических параметров линейных транзисторов

В предыдущих параграфах мы рассмотрели ме­тоды измерения энергетических параметров, предпола­гая, что эти измерения не взаимосвязаны. Однако, как показывает практика, режимы, соответствующие наи­лучшим значениям K_ур(ПО) и М₃, измеренным в отдель­ности, различны. Так, максимальное значение Кур (по) (для простоты чтения в дальнейшем индекс «по» опу­скается) достигается в режиме, характеризующемся сравнительно небольшими токами и достаточно боль­шими мгновенными напряжениями на коллекторе в то время, как режим наименьшего значения М₃ характе­ризуется значительно большими токами коллектора и практически отсутствием перегрузок по напряжению на коллекторе. Иными словами можно сказать, что экви­валентные сопротивления генератора и нагрузки, при которых достигаются наилучшие значения параметров K_УР и M₃, различны [29 — 31].

Для разработчика информация о значениях пара­метров, полученных в различных, не связанных между собой режимах, не имеет практической ценности. Для проектирования аппаратуры необходимо знать значе­ния K_ур и Мз, измеренные в одном режиме при опре­деленном уровне отдаваемой мощности, Это означает, что измерение энергетических параметров транзисто­ров должно проводиться в одном режиме. Следует от­метить, что подобная ситуация характерна и для гене­раторных транзисторов, для которых измеряются K_ур и nк в одном режиме при определенном значении Р_вых, и для малошумящих приборов, для которых одновре­менно измеряются K_ш и K_ур.

Для линейных транзисторов положение еще более усложняется, так как режимы наилучших значений K_ур и Мз существенно различны и, кроме того, они за­висят не только от уровня сигнала, но и от условий из­мерения на входе и выходе транзистора как на основ­ной частоте, так и на частотах высших гармоник. Ус­ловимся характеризовать каждый режим уровнем мощ­ности рвых и комплексными сопротивлениями z_г.экв и z_н.экв. Пусть наилучшему значению К_ур соответствуют сопротивления z_г.экв1 и z_н.экв1, а наилучшему значению

Mз — z_г.экв2 и z_н.экв2. Если предположить, что на параметры транзистора установлены нормы, соответствующие наилучшим значениям К_ур и М₃, то выпуск та­ких приборов был бы невозможен, так как сочетание этих значений в одном режиме получить нельзя. Если же уменьшить нормы на параметры К_ур и М₃, то поя­вятся определенные области режимов, отвечающие уста­новленным нормам на каждый параметр. Проиллюстри­руем это графическим построением областей сопротив­лений, например, для Z_r.экв, выполненных на комплекс­ной плоскости.

Рис. 3.7. Области сопро­тивлений для Z_г._экв = =f(K_ур, М₃):

1 — область maxK_ур; 2 — об­ласть minM₃; 3 — область оптимальных режимов; 4 — область минимального от­раженного сигнала на входе

Рис. 3.8. Области сопро­тивлений для z_г._экв — =f(K_Ур, М₃):

1 — область тах K_ур; 2 — область minM₃; 4 — область минимального отраженного сигнала на входе измери­тельной схемы

На рис. 3.7 и 3.8 показаны две области значений г_г.экв, соответствующие определенным нормам на К_ур и М₃, причем на рис. 3.7 эти области пересекаются, а на рис. 3.8 такого пересечения нет. Это означает, что в первом случае существует общая область сопротив­лений, позволяющая обеспечить необходимые значения параметров, а во втором — такой области нет, т. е. вы­пуск приборов невозможен. Такое же построение мож­но выполнить и для z_н.экв (рис. 3.9), указав также об­ласть, общую для значений Кур и Af₃, соответствую­щую заданным нормам. Следует отметить, что размеры и положение области на комплексной плоскости для Z_r._экв и Z_н.экв взаимозависимы. Это означает, что поло­жение общей области для Z_г.экв зависит от значений Z_н.экв, при котором оно было получено, и наоборот (рис. 3.10 и 3.11). Такая зависимость существенно ус­ложняет поиск общей области. Если к этому добавить, что у каждого транзистора из-за разброса энергетиче­ских параметров имеются свои области, удовлетворяющие требуемым нормам, то станут очевидными трудно­сти, стоящие при измерении энергетических параметров линейных транзисторов в условиях производства.

Рис. 3.9. Области сопротив­лений для z_н.экв: 1 — область таxК_ур, 2 — об­ласть minM₃; 3 — область опти­мальных режимов

Рис. 3.10. Области опти­мальных сопротивлений для z_г.экв при разных зна­чениях z_н.экв на частоте измерений w

Обратимся теперь к особенностям измерения энер­гетических параметров. Поскольку практически невозможно рассчитать или каким-либо другим способом определить сопротивления, которые должны быть уста­новлены на входе и выходе каждого транзистора перед измерением параметров, остается лишь эксперименталь­ный путь нахождения необходимых значений z_г.экв и 2н.экв. Он может быть трудным или легким в зависимо­сти от размеров общей области (см. рис. 3.7, 3.9 и 3.12). Естественно, что чем больше эта область, тем легче ее найти в процессе измерений. Возможны различные пути расширения этих областей. Один из них — это сниже­ние норм на параметры, что нежелательно. Другой путь — расширение у транзисторов области оптималь­ных сопротивлений, которая легко находилась бы при измерениях. Этот путь определяется технологическими и конструктивными особенностями изготовления транзисторов, и соответственно нормы на па­раметры устанавливаются с учетом обеспечения воз­можности выпуска транзисторов. Однако из-за того, что никогда неизвестно заранее, существует ли у данного транзистора область оптимального режима или она от­сутствует и следует ли затрачивать время на ее поиск или нет, в производстве идут на опре­деление потери, измеряя всю партию транзи­сторов при одних и тех же сопротивлениях z_r._экв и Z_н._экв. Это обстоятельство является основной особен­ностью измерения энергетических параметров транзи­сторов данного класса.

Рис. 3.11. Области оптималь­ных сопротивлений для z_г._экв при разных значениях zн.экв на частотах, больших w(2w)

Рис. 3.12. Области оптималь­ных сопротивлений г_н.экв при разных значениях Рвых (Р_вых1 >Р _вых2 > р _Вых3)

Ответим на вопрос: как находится необходимая пара значений Z_г._экв и Z_н,_кэв или (как будет показано далее) как осуществляется фиксированная настройка согласующего устройства? Как правило, эта настройка определяется при разработке транзисторов путем экс­периментального подбора сопротивлений для партии. Вначале настраиваются на получение наибольшего зна­чения Кур. Далее с помощью анализатора спектра производится настройка на заданный уровень значений М₃. Если транзисторы обладают достаточными запаса­ли по параметрам, то двумя-тремя пробами удается подобрать такую настройку входной и выходной цепей, при которой основная масса из партии транзисторов окажется годной по установленным нормам. Вслед за этим полученная настройка фиксируется, и в дальней­шем именно она используется для измерения энерге­тических параметров при производстве.