31

Транзистор как линейный четырехполюсник

Транзистор является электропреобразовательным прибором, физические процессы в котором используются для преобразования энергии внешних источников постоянных напряжений в энергию преобразуемого сигнала. Токи и напряжения в транзисторе в общем случае связаны нелинейными функциональными зависимостями, поэтому четырехполюсник, эквивалентный транзистору, следует рассматривать как активный нелинейный четырехполюсник.

Однако для большого класса электронных схем, называемых линейными, токи и напряжения складываются из сравнительно больших постоянных составляющих (I, U) и малых переменных составляющих (I = I, U = U). Переменные составляющие в этих схемах представляют основной интерес. Примером таких схем являются усилители (см. «Рабочий режим транзистора»). В пределах малых изменений напряжений и токов статические характеристики транзистора приблизительно являются линейными, поэтому функциональные зависимости переменных составляющих также будут линейными. Для линейных схем характерна работа транзистора в активном режиме.

Когда транзистор работает в линейном режиме, для расчетов удобнее пользоваться не характеристиками, а параметрами. Параметры широко применяются на практике также для контроля качества транзисторов.

Характеристические параметры – величины, дающие связь между малыми изменениями токов и напряжений в транзисторе. При введении параметров транзистор рассматривают как четырехполюсник, на входе которого действует напряжениеU₁ и ток I₁, а на выходе – напряжение U₂ и ток I₂. Направление токов I₁ и I₂ и напряжений U₁ и U₂ эквивалентного четырехполюсника выбирают так, как показано на рис. 14.

При рассмотрении функциональной связи между четырьмя переменными возможны шесть вариантов выбора независимых и зависимых переменных, как показано в таблице.

Независимые переменные	I1, I2	U1, U2	I1,U2	U1, I2	U2, I2	U1, I1
Зависимые переменные	U1, U2	I1, I2	U1, I2	I1,U2	U1, I1	U2, I2

Практическое применение находят первые три варианта. В соответствии с этим получаем три системы параметров транзистора: система Z– параметров, системаY– параметров, системаH– параметров.

Система z – параметров

Если функциональная зависимость между токами и напряжениями транзистора задана в виде , то получим системуZ– параметров. В этом случае:; (4)

. (5)

Если приращения рассматривать как малые переменные токи с комплексными амплитудами, то приращенияпредставляют собой малые переменные напряжения с комплексными амплитудамии частные производные в уравнениях (4), (5) должны быть заменены комплексными сопротивлениями. Обозначим ихсоответственно, тогда уравнения (4) и (5) можно записать в следующем виде:

Здесь (и в дальнейшем) индекс 11 (читается «один - один») означает входной параметр (характеризующий входную цепь), индекс 12 (читается «один - два») – параметр обратной связи, индекс 21 (читается «два - один») – параметр прямой передачи и индекс 22 (читается «два - два») – выходной параметр.

Выясним физический смысл этих параметров.

или - входное сопротивление транзистора для разомкнутой выходной цепи по переменному току.

или - сопротивление обратной связи транзистора при разомкнутой входной цепи по переменному току.

или - сопротивление прямой передачи транзистора при разомкнутой выходной цепи по переменному току.

или - выходное сопротивление при разомкнутой входной цепи по переменному току.

Чтобы измерить Z– параметры, необходимо осуществить режим холостого хода по переменному току, для получения которого в цепь (входную или выходную) включают сопротивление, значительно большее, чем соответствующее сопротивление четырехполюсника (входное или выходное). При экспериментальном определении параметров транзистора необходимо обеспечить питание его электродов постоянным напряжением либо через очень большое активное сопротивление от достаточно высоковольтного источника питания, либо через индуктивные элементы.

Осуществление режима холостого хода в цепи эмиттера (для схемы с общей базой) или базы (для схемы с общим эмиттером) при определении параметров ине представляет особого труда, т.к. входное сопротивление по эти схемам включения мало, а при определенииисоздание режима холостого хода в выходной цепи (коллекторной) затруднено тем, что выходное сопротивление транзистора велико (в схеме с общей базой достигает МОм). Следовательно, определить экспериментальноZ– параметры транзистора трудно.