Masurarea frecventei de tranzitie (Ft) a tranzistoarelor bipolare

[VAX]

Mai exact, montajul propus permite masurarea modulului amplificarii in curent a unui tranzistor, la frecventa inalta. Pe baza mai multor determinari, la diverse frecvente (10MHz, 50MHz, 100MHz), se poate estima cat este Ft.

Initial puteti incerca un montaj simplu, usor de construit.

 

Semnalul sinusoidal (RF - zeci de mV) se ia dintr-un generator extern. Daca nu aveti unul, atunci trebuie sa-l construiti. Tranzistorul testat (Q1) este adus in regim activ prin polarizare corespunzatoare, actionand asupra potentiometrului R4 si citind curentul de colector cu miliampermetrul din montaj. Trebuie ca tensiunea colector-emitor sa fie de cel putin trei volti, deci curentul de colector nu poate fi oricat vrem, pentru ca se mareste caderea de tensiune pe rezistorul din colector (R5). Semnalul se aduce in baza tranzistorului prin R2 (10 Kohmi sau chiar mai mult), pentru a avea (aproximativ) sursa de curent RF la intrare. Semnalul amplificat se ia din colector si se redreseaza cu dioda punctiforma, sau se poate masura (varf la varf) cu osciloscop de banda larga (peste 100 MHz). Amplificarea in tensiune este redusa, din cauza rezistorului din colector de valoare mica. In consecinta, nici efectul Miller nu este pronuntat, 

Montajul permite sortarea (si compararea - imperecherea) tranzistoarelor de RF utilizate in diverse tipuri de amplificatoare (de ex. Norton) sau in mixere echilibrate, etc.

 

A doua versiune este mai sofisticata. Sursa de curent constant (RF) injectat in baza tranzistorului este cu tranzistoare bipolare in conexiune cu baza la masa. Rezistenta la iesirea circuitului (in punctul A) este de ordinul sutei de kohmi, iar capacitatea de la iesire de ordinul picofarazilor (<5pF).

Tranzistorul testat se conecteaza la montajul urmator:

 

Se obseva ca montajul permite modificarea curentului prin tranzistorul testat (din R2) si a tensiunii colector-emitor (din R4), astfel incat sa se faca un studiu asupra functionarii tranzistorului la frecventa mare. 

Iesirea (in colector) este scurcircuitata in RF (deci dispare efectul Miller) de intrarea in emitorul lui Q4 (baza la masa), cu care se alcatuieste un amplificator cascoda. Semnalul amplificat se culege din colectorul lui Q4 cu etaj separator cu impedanta mare la intrare (repetor bootstrapat) si se masoara cu un osciloscop (varf la varf), sau dupa un detector RF (va fi prezentat mai tarziu).

Spre deosebire de montajul simplu discutat la inceputul postarii, la acest montaj se compenseaza comportarea capacitiva de la intrarea tranzistorului (Cbe) cu o inductanta acordata la rezonanta (paralel) pe frecventa la care se determina amplificarea tranzistorului. Acordarea se face (pe maxim la iesire) din miezul de ferita al bobinei (L1, L2, etc), sau prin indepartarea spirelor - la bobinele fara miez (la F>100MHz).

Detaliile le expun pe masura ce se dezvolta discutia, daca schemele postate prezinta interes. 

Cu valorile din schemele postate se pot masura tranzistoare de mica putere (BF-uri), insa in mod asemanator se poate realiza un montaj pentru masurarea tranzistoarelor RF de putere.

Editat Martie 27, 2019 de VAX

[Mircea]

De ce sa masuram Ft, nu avem incredere in foaia de catalog?

[VAX]

Masuram modulul lui beta la frecventa la care vrem sa lucreze tranzistorul. Putem sa imperechem tranzistoare pentru etaje in contratimp, amplificatoare Norton, mixere echilibrate, etc. Putem sa stabilim la ce curent de colector tranzistorul amplifica bine la frecventa mare. Se pot masura si tranzistoarele de putere, la curenti de colector de amperi. Evident ca montajul nu este acelasi ca pentru puteri mici.

Sunt diferente mari in raport cu foaia de catalog. Tranzistoarele au dispersie mare a parametrilor.

[VAX]

Pentru masurarea tranzistoarelor Rf de putere (2N3632, etc) montajul se modifica astfel incat prin tranzistor sa treaca curent de sute de mA, sau chiar de A. Circuitul de alimentare (V+) a tranzistorului poate sa fie separat de cel care alimenteaza restul circuitului (la +15V), astfel incat tensiunea pe tranzistorul masurat sa poata fi adusa la valori mai mari (cat este necesara).

Polarizarea se face prin tranzistoare Darlington de putere cu beta mare, astfel incat curentul absorbit in baza sa fie neglijabil (sub 1%) in raport cu cel din colector (ramane Ic aproximativ egal cu Ie). In locul tranzistoarelor Darlington se pot folosi si V-MOS-uri (IRF-uri), dar circuitul se modifica putin.

 

Obligatoriu trebuie ca la intrare (in baza) bobina sa fie acordata pe frecventa de lucru. In acest fel curentul RF nu este "deturnat" la masa prin capacitatea (mare - sute de pF) Cbe si ajunge sa comande curentul din colector. Inductanta bobinei este in functie de capacitatea jonctiunii baza-emitor a tranzistorului, astfel incat sa rezoneze (paralel) la frecventa respectiva.

[VAX]

Circuitul prezentat de mine merge bine in cazul tranzistoarelor cu Ft<1GHz. Este ideal pentru verificarea tranzistoarelor cu Ge (se schimba putin schema - polarizarile - se trece la pnp), dar si pentru BF-uri. Frecventa maxima a semnalului RF aplicat din generator este de ordinul a 200 MHz.

 

Acelasi principiu de masurare l-am vazut si intr-o nota de aplicatii de la Agilent. Difera instrumentele cu care se fac citirile.

 

Am mai gasit pe net o schema cam dubioasa, dar merita sa fie incercata.

 

 

 

 

Daca stiti alte metode, va rog sa le prezentati.

 

[VAX]

In cazul in care vreti sa masurati tranzistoare pnp, se foloseste circuitul urmator:

 

Se observa ca s-a modificat doar partea de circuit cu Q1, Q2, Q3. Din acest motiv este indicat sa se construiasca pe o placuta imprimata separata restul circuitului (C6, Q4, Q5, Q6, etc), care nu difera nici la masurarea tranzistoarelor RF de putere. 

 

Montajul poate fi util la testarea tranzistoarelor cu Ge (EFT317, P403, P422, AF-uri si GF-uri, etc), care au dispersie mare a parametrilor si nu te poti baza pe ce scrie despre ele in cataloage. Este la fel de util si in cazul tranzistoarelor cu Si.

Valorile inductantelor de la intrare (L1, L2) se aleg in functie de capacitatea Cbe a tranzistorului masurat. Nu luati de bune valorile de 10uH, respectiv 1uH, sunt puse pe schema absolut orientativ. Trebuie ca inductanta de la intrare sa rezoneze (paralel) cu Cbe, la frecventa la care se face masurarea. Inductanta trebuie sa fie reglabila si se regleaza pentru semnal (RF) maxim (rezonanta) la iesirea circuitului (punctul C). Din acest motiv este bine sa existe un set de bobine (5-6) la intrare, cu inductante diferite. Comutatorul trebuie sa aiba inductanta minima (cum ar fi cel de la statiile RTP, cu care se comutau cuarturile). Dar merge si sistemul de comutare cu jumperi (recuperati de pe placile de calculator).

Daca se modifica curentul prin tranzistorul testat, se modifica si Cbe (de difuzie + de bariera) si trebuie sa se actioneze asupra bobinei pentru acord la rezonanta.

Frecventa la care se face masurarea este de ordinul 1/5 - 1/10 din Ft estimat. 

Editat Martie 29, 2019 de VAX

[VAX]

Sper ca s-a inteles cum functioneaza montajul pentru masurarea modului factorului de amplificare in curent (beta) la frecventa mare. Tranzistorul masurat este pus in montaj de amplificator cu emitorul la masa si colectorul scurtcircuitat in RF (pus practic la masa - prin impedanta de cativa ohmi din emitorul tranzistorului in conexiune cu baza comuna, cu care alcatuieste structura cascoda), alimentat la intrare (in baza) din sursa cu impedanta (rezistenta) interna mare, care se comporta ca generator de curent constant (RF - amplitudine constanta).

Curentul de colector (componenta RF) este proportional cu modulul factorului de amplificare. Iar tensiunea RF dezvoltata pe rezistorul de sarcina din colectorul cascodei este proportionala cu acest curent, deci cu modulul lui beta. Tensiunea respectiva se masoara (varf la varf) cu un osciloscop care merge la minim 200 MHz, sau se redreseaza (detector de varf) cu dioda punctiforma (Ge) sau cu dioda Schottky, in montaj cu polarizare initiala a diodei.

Va prezint doua exmple de astfel de detectoare. Schemele sunt preluate din altele mai vechi (cu crop - decupare) si din acest motiv numerotarea componentelor nu incepe de la 1.

 

 

[VAX]

Un astfel de montaj, de determinare a moduluilui amplificarii in curent la frecventa mare, mi-ar fi fost extrem de util in anii '60-'70 (eram elev la gimnaziu), cand procuram (la schimburi) tranzistoare (Ge) nemarcate, la gramada, cu punga, amestecate. Unele erau de joasa frenventa (aliate - EFT353, EFT323,...), altele microaliate (EFT307,...), sau drift (EFT319, EFT317). Le verificam daca merg la frecventa mare punandu-le in circuitul oscilatorului local de la un radio Albatros.

Am pastrat majoritatea tranzistoarelor respective si in urma cu cativa ani le-am masurat (beta, Iceo, Ucbo) pe caracteriscop. Am gasit multe (zeci) din lotul de EFT317, cu beta extrem de mare (aproximativ 200), anormal pentru tranzistoarele cu Ge. Probabil ca din acest motiv au fost declarate rebuturi (in afara normelor), pentru ca desi curentul rezidual al jonctiunii colector-baza este in limitele normale (sub 10 uA la tenperatura camerei), curentul rezidual de colector (Iceo=beta x Icbo) este de peste 1 mA (inacceptabil). Totusi, acele tranzistoare amplifica bine si cu zgomot mic, asa ca le-am folosit (cateva) cu un montaj de polarizare modificat, la care curentul de emitor (implicit si de colector) este stabilizat prin reactie negativa.

 

 

In primul montaj tranzistorul EFT317 este cu emitorul la masa si cu neutrodinare. Tensiunea de polarizare in baza este stabilizata cu o dioda LED si este aplicata prin infasurarea secundara a transformatorului RF LC1. Amplificarea in tensiune (F=1MHz) este aproximativ egala cu 50. Factorul de zgomot este mic, sub 2dB. Dezavantajul major este neutrodinarea (reglaj critic).

La montajul al doilea (cascoda) amplificarea este mai mare (din cauza rezistentei la iesirea Q2 mai mare), ajungand chiar la 300. Insa este mai zgomotos.

Rezistoarele de 10 ohmi inseriate cu bobinele primare ale circuitelor LC au fot introduse in schema pentru simularea pierderilor. Nu sunt componente din montaj.

 

Daca mai aveti prin sertare tranzistoare vechi (Ge) nu ezitati sa le folositi, pentru ca la frecventa de cativa MHz (si chiar mai sus) merg foarte bine.

Editat Martie 31, 2019 de VAX