Гибридная эквивалентная схема транзистора

Д ля анализа и расчета усилительных схем широко применяется малосигнальная гибридная эквивалентная схема, показанная на рис. 24, которая применяется для включения транзистора с общим эмиттером.

Рис. 24. Малосигнальная гибридная эквивалентная схема транзистора

Физическую эквивалентную схему строят, выделяя мысленно некоторые части в транзисторе и рассматривая отдельно процессы в этих частях.

Сопоставив параметры гибридной эквивалентной схемы с реальными дифференциальными проводимостями отдельных областей транзистора, можно придать им определённый физический смысл:

g_б'э - проводимость эмиттерного перехода;

g_б'к - проводимость коллекторного перехода.

Проводимость g_кэ в выходной цепи характеризует воздействие коллекторного напряжения на ток эмиттера (значит, и ток коллектора) за счет изменение градиента концентрации носителей заряда в базе. В этой эквивалентной схеме учтено влияние распределенного сопротивления базы включением резистора r_б'. Емкость С_б'э равна сумме барьерной и диффузионной ёмкостей эмиттерного перехода, а ёмкость С_б'к – барьерная ёмкость коллекторного перехода. Ёмкость С_б'к относительно невелика (единицы – десятки пФ), но её сопротивление шунтирует высокоомное сопротивление коллекторного перехода (r_к = 1/g_б'к) и поэтому влияние ёмкости С_б'к может быть весьма существенным.

Усилительные свойства транзистора отображены включением в выходную цепь источника тока g_sU_Б'Э , ток которого выражен не через входное напряжение U_БЭ, а через напряжение между внутренней точкой Б' и эмиттером U'_БЭ, которое является частью подводимого напряжения U_БЭ, т.е. U_Б'Э < U_БЭ (на эквивалентной схеме рис. 3 ток источника тока выражен через внутренний ток I₁ в цепи резистора r_э).

Из-за влияния омического сопротивления базы r_б' входное напряжение прикладывается к эмиттерному переходу не полностью, часть его теряется на сопротивлении базы, что снижает эффективность управления током транзистора. На высоких частотах, где эмиттерный переход обладает не только активной проводимостью g_б'э, но и значительной ёмкостной проводимостью С_б'э, этот эффект существенно усиливается и приобретает важное значение. Напряжение U_б'э зависит от частоты, т.к. представляет собой долю входного напряжения U_бэ, определяемую частотно-зависимой цепочкой r_б', g_б'э, С_б'э. Поэтому источник тока g_sU_Б'Э является тоже частотно зависимым.

Значения параметров гибридной эквивалентной схемы (g_б'э, g_б'к, g_s, g_кэ) в справочных данных по транзистору не приводятся, их получают либо путем вычислений через h – параметры, либо путем дополнительных измерений.

Если известны h – параметры в схеме с общим эмиттером, то проводимости гибридной эквивалентной схемы могут быть определены по следующим формулам:

g_б'э = (1 – h_12э)/(h_11э - r_б') 1/ h_11э = 1/( r_э( +1));

g_б'к = h_12э/(h_11э - r_б');

g_s = (h_21э + h_12э)/(h_11э - r_б');

g_кэ = h_21э = h_22э – h_12э*( h_21э + (h_11э + r_б' h_21э)/ h_11э - r_б')/ h_11э .

Для практического использования гибридной эквивалентной схемы необходимо знать величину ёмкости коллекторного перехода, которая обычно приводится в справочниках либо должна быть измерена. Если в справочнике приведено значение этой ёмкости для какого-то коллекторного напряжения U₁, то значение этой ёмкости для другого коллекторного напряжения U может быть определено по формуле:

С_б'к(U) = С_б'к ,

где m = 2 для резких p – n – переходов (сплавные),

m = 3 для плавных p – n – переходов (методом диффузии).

Сопротивление r_б' может быть вычислено по приводимой в справочниках постоянной времени коллекторной цепи r_б'С_б'к и известной емкости коллекторного перехода либо должно быть измерено.

r_б' = ( r_б' С_б'к)/ С_б'к ,

где = 1 для сплавных транзисторов,

= 2 для диффузионных транзисторов,

= 3 для мезатранзисторов.

Ёмкость эмиттерного перехода (в основном диффузионная) можно вычислить по формуле:

С_б'к = g_б'э / = (1 - h_12э)/ ( h_11э - r_б') = (I_б / ),

где - предельная частота коэффициента передачи тока базы (частота, на которой по модулю уменьшается в раз по сравнению с низко частотным значением), её можно взять из справочников по транзисторам или рассчитать по другим предельным частотам транзистора.

На высоких частотах резистор с проводимостью g_б'к может быть исключен из модели, т.к. величена g_б'к мала по сравнению с проводимостью конденсатора С_б'к .

На основе гибридной эквивалентной схемы транзистора могут быть рассчитаны комплексные Y – параметры на высоких частотах.

В заключение отметим, что никакая эквивалентная схема из конечного числа элементов не может быть полностью эквивалентной реальному транзистору, т.е. все эквивалентные схемы оказываются приближенными. Чем проще эквивалентная схема (чем меньше она содержит элементов), тем легче ею пользоваться, но тем менее точно она отражает свойства реального транзистора.