50. Формальная эквивалентная схема транзистора как четырехполюсника. H-параметры

Рис. 13.4. Транзистор как четырехполюсник

Поэтому наряду с Т-образной эквивалентной схемой замещения транзистора используются формальные схемы замещения транзистора как активного четырехполюсника, измерение параметров которых проводится со стороны внешних выводов транзистора. При этом транзистор рассматривается как активный четырехполюсник с произвольной внутренней структурой (рис. 13.4). Величины токов , и напряжений , на внешних зажимах четырехполюсника взаимосвязаны. В зависимости от того, какие две из этих величин принять за независимые переменные, а какие — за функции, можно получить различные системы параметров транзистора как активного четырехполюсника. Наиболее часто за независимые переменные принимают входной ток и выходное напряжение . Тогда , .

Изменение этих величин описывается полным дифференциалом:

; (13.3, а)

. (13.3, б)

Для малых сигналов зависимость тока от напряжения линейна, и частные производные предст-ют собой постоянные коэффициенты, которые обозн-ся буквой h. Тогда, заменяя бесконечно малые приращения , конечными малыми приращениями , , а их — малыми переменными сигналами i и u, уравнения (13.3) можно записать в виде:

, (13.4, а)

, (13.4, б)

где — входное сопротивление при коротком замыкании на выходе; — коэффициент обратной передачи напряжения при холостом ходе на входе; — коэффициент прямой передачи тока при коротком замыкании на выходе; —выходная проводимость при холостом ходе на входе.Системе уравнений (13.4) соответ-ет эквивалентная схема замещения транзистора, показанная на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Эквивалентная схема транзистора в системе h -параметров

Вид этой схемы одинаков при включении транзисторов с общей базой и общим эмиттером, но значения h-параметров в схемах с общей базой и общим эмиттером различны,Связь h-параметров с элементами Т-образной эквивалентной схемы замещения транзистора с общей базой устанавливается следующими приближенными формулами:

; (13.5, а)

; (13.5, б)

; (13.5, в)

. (13.5, г)

Для транзистора в схеме с общим эмиттером:

; (13.6, а)

; (13.6, б)

; (13.6, в)

. (13.6, г)

Формулы (13.5) и (13.6) позволяют устан-ть характер зависимости величины каждого h-параметра от режима работы транзистора и температуры, так как аналогичные зависимости параметров Т-образной эквивалентной схемы известны.Рассмотренные эквивалентные схемы замещения транзисторов можно использовать для расчета малосигнальных электронных схем в области низких и средних частот. Для области высоких частот необходимо учитывать комплексный характер параметров транзисторов и влияние барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов.

51. Физические предпосылки и инерционности работы биполярных транзисторов в схеме с общей базой.

Динамические параметры транзистора опред-ют его инерционность при быстрых изменениях входных токов. Рассматриваем n-p-n транзистор и не учитываем вначале барьерные ёмкости p-n переходов.

Схема с общей базой

Рис.14.1. Схема с ОБ

Предположим, что до момента транзистор находился в режиме отсечки, в момент - скачок тока . При скачке эмиттерного тока в момент в базу из эмиттера мгновенно инжект-ся электроны ( ). Концентрация этих электронов около эмиттера повышенная, а в глубине базы оказ-ся равновесной, то есть возникает градиент их концентрации. Под его действием электроны диффундируют от эмиттера к коллектору. До тех пор, пока электроны не достигнут коллектора и не перейдут в него, . Поэтому время пролёта (диффузии) первых, самых быстрых электронов через базу опред-ет время задержки нарастания тока . Скорость диффузии отдельных электронов сильно разл-ся и электроны, инжектированные в базу одновременно, доходят до коллектора за разное время. Поэтому ток коллектора нарастает плавно и достигает стационарной величины за время - длительность нарастания фронта.Установление тока сопровожд-ся накоплением в базе неравновесных носителей и установлением тока базы. Мгновенная инжекция электронов в базу в момент создаёт в ней неравновесный отрицательный заряд. Для его компенсации в базу из контакта мгновенно начинают подтягиваться дырки. Они и опред-ют ток базы . Так как в течение инжектированные электроны не уходят из базы, то они увел-ют неравновесный отрицательный заряд в базе, а так как он компен-ся дырками, то в течение : . При всё большая часть инжектированных эмиттером в базу электронов начинает уходить из базы в коллектор, рост неравновесного заряда

Рис. 14.2. Временные диаграммы включения транзистора в схеме с ОБ

Рис. 14.3. Накопление в базе неравновесных носителей

в базе замедл-ся, что приводит к уменьшению . При из базы в коллектор выходит прибл-но столько электронов, сколько их инжектирует эмиттер. Поэтому опред-ся в основном током рекомбинации. Таким образом, замедление роста тока коллектора относ-но скачка тока эмиттера опред-ся временем диффузии инжектированных эмиттером электронов через область базы. Причем время опред-ся диффузией самых быстрых электронов, а время - средним временем диффузии всей массы электронов.