Ergebnisse der Kleinsignalberechnungen

6.1 Ergebnisse der Kleinsignalberechnungen

Die durchgeführten Berechnungen dienten als erstes zur Überprüfung des vorgestellten Modellkonzepts zur Kleinsignalanalyse. Darauffolgend wurde ein Vergleich mit an Proben gemessenen Werten vorgenommen. Diese wurden von der Ruhr Universität Bochum vorgenommen und lagen als Datenfile auf einer Diskette vor. Gemessen wurden die Werte an der Probe B 2136. Die Abbildungen 5 bis 7 zeigen in einer Gegenüberstellung von gemessenen und simulierten Werten die Ortskurven der Kleinsignalparameter y11, y21, y12 und y22. Die Ortskurvendarstellung ist vorteilhaft, um sich einen schnellen Überblick über die Frequenzabhängigkeit der Vierpolparameter verschaffen zu können.

Da die Messungen in Kollektorschaltung vorgenommen werden müssen, wurden die simulierten Werte in die entsprechende Schaltungsart umgerechnet. In einer vorher durchgeführten statischen Berechnung wurde ein statischer Arbeitspunkt eingestellt bei dem f_T maximal wird. Als Basis- Kollektorspannung (U_BC) wurde -1V eingestellt. Der dargestellte Frequenzbereich von Messung und Simulation erstreckt sich von 130 MHz bis 19,99 Ghz.

Der Parameter y11 (Abb. 6) spiegelt das Verhältnis von Basisstrom zur Änderung der Basis- Emitterspannung wieder. Betragsmäßig beschreibt dieser Parameter mit anwachsender Frequenz einen steigenden Verlauf. Der Schnittpunkt der Ortskurve mit der reellen Koordinatenachse gibt die Größe des am Eingang liegenden Basisbahnwiderstandes wieder. Die Kurzschlußsteilheit y21 (Abb.7) wird mit zunehmender Frequenz vom Betrag her kleiner. Vor allem die Tatsache, daß die Ladungsträgeränderung im Transistor der hohen Frequenz nicht mehr folgen kann, ist hiermit verbunden. Der Schnittpunkt der Ortskurve von y21 bei f≈0 wird maßgeblich durch den Emitterwiderstand R_E bestimmt. Die Parameter y11 und y21 werden stets von der inneren Transistorwirkung bestimmt und durch äußere Elemente (Sperrschichtkapazität, parasitäre Widerstände und Kapazitäten) nur modifiziert.

Der Parameter y12 (Abb. 8) zeigt im oberen Frequenzbereich eigentlich überhaupt keine Übereinstimmung mit den gemessenen Werten, da dieser Parameter bei hohen Frequenzen jedoch von der Basis- Kollektorkapazität bestimmt wird, ist somit auch die große quantitative Abweichung im oberen Frequenzbereich erklärbar. Diese Rückkoppelkapazität besonders in den elektronisch inaktiven Teilen des Transistors ist bisher im Modell nicht vollständig berücksichtigt. Es handelt sich hierbei um die in Abbildung 1 dargestellten Kapazitäten die nicht unmittelbar unter dem elektronisch aktiven Teil des Emitters liegen. Eine Erfassung in einem eindimensionalen Modell ist durch den verteilten Charakter dieser parasitären Kapazität schwer möglich. Eine bessere Möglichkeit erhält man bei der Implementierung des vorgestellten Modells in einen 2D- Devicesimulator. Im Bild 9 ist Lage der Basis-Kollektorkapazität noch einmal schematisch dargestellt.

c_CB – Basis- Kollektorkapazität

Abb. 5 schematische Darstellung der Basis- Kollektorkapazität

Der Parameter y22 (Abb. 9) beschreibt das Verhältnis von Kollektorstrom zur Änderung der Emitter- Kollektorspannung und wird ebenso wie y12 bei sehr hohen Frequenzen zum großen Teil von parasitären Elementen bestimmt. Die Abbildungen 10 bis 13 sollen einen Vergleich der gemessenen und berechneten Parameter hinsichtlich ihres Betrages in Abhängigkeit von der Frequenz ermöglichen und die zuvor diskutierten Sachverhalte unterstreichen.

Abb. 6 Ortskurve von y11_c bei U_cb = -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; R_B= 31Ω ; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 7 Ortskurve von y21_c bei U_cb = -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; R_B= 31Ω; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 8 Ortskurve von y12_c bei U_cb= -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; R_B = 31Ω; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 9 Ortskurve von y22_c bei U_cb= -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; R_B = 31Ω; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 10 Betrag von y11 = f(f), U_cb= -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; RB = 31 ; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 11 Betrag von y12 = f(f), U_cb= -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; RB= 31 ; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 12 Betrag von y21 = f(f), U_cb= -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; RB = 31 ; R_C = 4,5Ω; I_E= 25 mA

Abb. 13 Betrag von y22 = f(f), U_cb= -1 V; f = 130 MHz … 20 GHz; RB = 31 ; RC = 4,5 ; I_E= 25 mA