1.6Физическая модель биполярного транзистора по переменному току

Для получения физической модели биполярного транзистора малосигнального линейного режима, транзистор удобно представить в виде четырехполюсника и использовать систему Z, Y или H параметров. Ограничимся системой Z параметров.

Тогда эквивалентная схема транзистора будет иметь вид, представленный на рис. 1.8.

отсюда видно, что:

Рис. 1.8 Т-образная малосигнальная физическая эквивалентная схема биполярного транзистора p-n-p типа с источником тока

Рис. 1.9 Т-образная малосигнальная физическая эквивалентная схема биполярного транзистора n-p-n типа с источником напряжения

Поскольку параллельное соединение источника тока и резистора эквивалентно последовательному соединению источника напряжения и резистора, то возможна схема с источником напряжения (рис. 1.9).

Все величины, выступающие в качестве параметров элементов физических эквивалентных схем, имеют четкий физический смысл:

— дифференциальное сопротивление базовой области транзистора, равно сумме распределенного сопротивления базы и ее диффузионное сопротивления типичными для маломощных планарных транзисторов являются значения 10... 100 Ом;

— дифференциальное сопротивление эмиттера (на практике часто соблюдается: );

— дифференциальное сопротивление коллектора в схеме с ОБ, обычно это сопротивление гораздо больше и и составляет десятки или сотни килоом;

— емкость коллекторного перехода в схеме с ОБ;

— дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с ОБ;

— дифференциальный коэффициент передачи тока базы схеме с ОЭ,

— дифференциальное сопротивление коллектора схеме с ОЭ,

— емкость коллекторного перехода в схеме ОЭ,

— сопротивление, отражающее усилительные свойства транзистора в схеме с ОБ ;

— сопротивление, отражающее усилительные свойства транзистора в схеме с ОЭ, .

При изображении физических эквивалентных схем положительные направления переменных токов и напряжений стараются принимать совпадающими с реальными постоянными токами и напряжениями на соответствующих электродах транзистора (полного совпадения обычно не получается).

В случае рассмотрения какой-либо конкретной схемы включения биполярного транзистора один из его электродов является общим для входа и выхода схемы, а выбор варианта (с источником тока или с источником напряжения) эквивалентной схемы производится с учетом удобства вычислений и анализа модели.

Несколько менее очевидным является выбор той или иной группы параметров элементов эквивалентной схемы (см. варианты 1, 2 на рис. 1.8, 1.9).

Здесь в первую очередь необходимо руководствоваться схемой включения транзистора в усилительный каскад. Если это схема с ОЭ или ОК, то следует использовать вариант 1 (по рис. 1.8, 1.9), в схеме с ОБ — вариант 2.

Показанные на эквивалентных схемах пунктиром емкости (рис. 1.8, 1.9) позволяют моделировать проявление реактивностей в транзисторе при увеличении частоты переменного сигнала. Как видно из эквивалентных схем, обычно ограничиваются рассмотрением только емкости коллекторного перехода биполярного транзистора, которая, как правило, выше всех других имеющихся емкостей и оказывает наибольшее влияние на усилительные свойства транзистора. Однако в общем случае при высокочастотном анализе следует не просто добавлять емкость коллекторного перехода, но и учитывать частотные зависимости параметров других элементов физической эквивалентной схемы транзистора (в первую очередь коэффициентов передачи и ).

Приведенные эквивалентные схемы характерны для низкочастотных сигналов. На очень высоких частотах следует выбрать иную схему с учетом влияния малых емкостей, присущих транзистору и физических процессов, протекающих в полупроводниках.