Малосигнальная динамическая модель биполярного транзистора

Для активного нормального режима малого сигнала широко используется простая модификация модели Эберса-Молла, которая может быть получена из основной модели при учете:

а) прямого смещения эмиттерного перехода U_бэ>0;

б) большого отрицательного смещения на коллекторном переходе U_бк<0;

в) малого изменения напряжений и токов относительного рабочей точки по постоянному току.

Рассмотрим для этого случая уравнения Эберса-Молла:

.

Выразим ток коллектора I_к через ток эмиттера I_э:

Для малых приращений (режим малого сигнала):

.

Т аким образом, малосигнальная эквивалентная схема БТ в нормальном активном режиме выглядит следующим образом (рис. 1.44).

Отметим, что в большинстве режимов можно пренебречь r_э, r_к и R_ку (r_{э диф}>>r_э, R_ку>>r_{к диф}, r_{к диф}>>r_к), а диффузионная емкость эмиттерного перехода C_дэ учитывается частотно-зависимым коэффициентом передачи тока эмиттера . С учетом сказанного малосигнальная инерционная схема замещения БТ преобразуется к виду рис. 1.45.

Учитывая, что ток эмиттера равен сумме коллекторного и базового токов, схему рис. 1.45. можно преобразовать к виду 1.46, используя следующие тривиальные преобразования:

или ,

где:

;

;

Модель полевого транзистора

Полевые транзисторы – приборы, в которых используются эффекты изменения параметров полупроводника при воздействии на него электрического поля. Полевые транзисторы по принципу действия подразделяют на приборы с управляющим pn-переходом, МДП-транзисторы, МДП-транзисторы с вертикальным каналом. Рассмотрим принцип работы МДП-транзистора (рис. 1.47):

П ри подаче на затвор положительного потенциала достаточной величины происходит инверсия проводимости в приповерхностном слое полупроводника подложки, в результате чего образуется канал n-типа, проводимость которого зависит от величины приложенного напряжения. Таким образом, величина тока стока полевого транзистора оказывается зависящей от величины напряжения затвор-исток. Более детальное рассмотрение процессов в транзисторе приводит к тому, что ток стока зависит от напряжения сток-исток вследствие эффекта перекрытия канала, вблизи области стока, таким образом, в целом полевой транзистор в статике представляется нелинейным источником тока вида: i(U_зи, U_си). Полная модель полевого транзистора для не очень высоких частот может быть представлена в виде рис.1.48.

Здесь C_зи, С_зс, С_си – нелинейные, вообще говоря, емкости, образованные перекрытием затвора с областями стока и истока, а также емкостями выводов контактов стока и истока.

Нелинейную ВАХ источника тока можно аппроксимировать с достаточной точностью следующим выражением:

Здесь S, b<0, p>0 – параметры аппроксимации.

Для новой разновидности МДП-транзисторов – полевых приборов с вертикальной структурой характерен перегиб передаточных вольт-амперных характеристик. При этом аппроксимация ВАХ оказывается более точной в следующем виде, k>0:

.

В схемотехнических САПР (PSPICE, MICROCAP) используется модель Шихмана-Ходжеса: