Транзистор як активний чотириполюсник

При дослідженнях і розрахунках зручно розглядати транзистор як посилюючий потужність пристрій, на вході якого діють напруга U₁ і струм I₁, а на виході - напруга U₂ і струм I₂. Таку модель називають активним чотириполюсником. Оскільки транзистор має тільки три виводи, один з них повинен бути спільним для ланцюгів входу і виходу. На рис.5 представлена ​​схема з ЗЕ (загальним емітером).

Якщо прийняти в якості незалежних змінних I₁ і U₂, то U₁ і I₂ є функціями U₁=f₁(I₁, U₂); I₂=f₂(I₁, U₂). Диференціюючи U₁ і I₂ по I₁ і U₂, одержимо систему двох рівнянь:

,

.

Рис.5

Позначимо:

Розуміючи під U₁, I₁, U₂ і I₂ малі прирости їх постійних значень або амплітуди їх змінних складових, диференціальні рівняння з урахуванням позначень можна переписати у вигляді:

,

.

Коефіцієнти, що входять в цю систему, називаються h - параметрами, що мають певний фізичний зміст:

при U₂=0 - вхідний опір транзистора при короткому замиканні на виході, його можна обчислити, якщо джерело напруги U₂ підключити до виходу і виміряти U₁ на вхідних затискачах;

при I₁=0 - коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі при розімкнутому вході;

при U₂=0 - коефіцієнт посилення за струмом;

при I₁=0 - вихідна провідність транзистора при розімкнутому вході.

Значення h-параметрів транзистора залежать від схеми його включення (ЗБ, ЗЕ, ЗК).

Порядок розрахунку h-параметрів

Розглянемо порядок розрахунку h - параметрів для схеми з загальним емітером. Параметри h₂₂ і h₂₁ визначають за вхідним характеристикам в заданій або вибраній точці Р (рис.6б).

Для цього при незмінному струмі бази I_б задають приріст ΔU_ке=U'_ке‑U'_ке, знаходять при цьому приріст струму ΔI_к і визначають вихідну провідність транзистора при І_б=const. Обернена до h₂₂ величина дає вихідний опір r_ке.

При постійній напрузі U'_ке=const задають приріст струму бази , визначають приріст струму ΔI'_к і розраховують коефіцієнт передачі струму бази (коефіцієнт посилення за струмом β):

при U_ке = const.

Параметри h₁₁ і h₁₂ визначають за вхідними характеристиками (рис.6в). Для цього в тій же робочій точці Р(U'_ке, І'_б) задають приріст ΔI_б (симетрично по обидві сторони від точки Р на кривій з відміткою U_ке=const), знаходять одержаний при цьому приріст ΔU_бе і обчислюють вхідний опір транзистора :

при U'_ке=const.

Нарешті, при постійному струмі бази I'_б задають приріст напруги , визначають одержаний при цьому приріст ΔU'_бе і знаходять коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі:

при І'_б=const.

Виконання роботи:

1.Запустити програму ELECTRONICS WORKBENCH.

2.1 «Зібрати» схему із загальним емітером (зе):

Рис. 6. Схема включення транзистора із ЗЕ

2.1.1. Включити потрібні елементи та вимірювальні прилади. Транзистор встановити згідно свого варіанту (див. таблицю у додатку). Встановити величину напруги батареї у колі бази 1 В, у колі емітера – так, щоб вона не перевищувала допустиму для заданого транзистора величину (згідно з довідником).

2.1.2 Щоб схема почала функціонувати, необхідно нажати кнопку у верхньому правому куті . Змінюючи змінним резистором ([R]) вхідну напругу (U_бе) від 0 до 1 В, зніміть залежність базового струму (І_б) від напруги база-емітер (U_бе) при незмінній колекторній напрузі (U_ке) (вхідна характеристика транзистора І_б=f (U_бе)). Значення колекторної напруги взяти 0 В та 5 В.

2.1.3.Змінюючи напругу колектора (U_ке) від 0 до 0,5 В з кроком 0,1 В, а в подальшому – з кроком 1 В, зніміть залежність колекторного струму (І_к) від напруги колектор-емітер (U_ке) при постійному струмі бази (І_б) (вихідна характеристика транзистора І_к=f(U_ке)). Струм бази взяти рівним 50 мкА, 100 мкА, 150 мкА, 200 мкА (приблизно).

2.1.4. Зняти прохідну характеристику транзистора I_к=f(Iб)). Для цього встановити напругу на колекторі U_ке=5; 10; 15 В (однак не більше допустимої) і, змінюючи струм бази з допомогою потенціометра, фіксувати струм колектора.

2.1.5. За даними вимірювань побудувати вхідні, вихідні та прохідні характеристики транзистора.

2.1.6.Визначити за характеристиками транзистора графоаналітичним методом параметри транзистора:

вхідний опір транзистора R_вх=∆U_бt/∆I_б;

вихідний опір транзистора R_вих=∆U_кt/∆I_к;

2.1.7. Вибрати на вхідних і вихідних характеристиках робочу точку і розрахувати для неї h-параметри.