Малосигнальные схемы замещения транзистора

В общем случае транзистор представляет собой активный (способный преобразовывать энергию источника сигнала) нелинейный четырехполюсник (рис. 3.33,а). Его можно описать семействами характеристик - нелинейными функциями двух переменных.

 . (3.45)

В зависимости от схемы включения транзистора величинам i₁, i₂, u₁, u₂ соответствуют те или иные реальные токи и напряжения.

Однако на практике часто приходится сталкиваться с задачей усиления малых сигналов. В этом случае на постоянные составляющие токов I(0) и напряжений U(0) (определяющих рабочую точку транзистора) наложены малые переменные сигналы  i(t),  u(t) или:

 (3.46)

Связи между малыми приращениями линейны и определяются полными дифференциалами функций f₁ и f₂:   (3.47)

Частные производные перед независимыми переменными обозначим символами h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ и будем называть h-параметрами транзистора. (В зависимости от схемы включения в обозначения добавляется индекс, например, h_11Э или h_11Б или h_11К). Зададим приращения токов и напряжений в виде малых гармонических колебаний. Тогда уравнения (3.47) можно записать:

U_1m = h₁₁ I_1m + h₁₂ U_2m ;

I_2m = h₂₁I_1m + h₂₂ U_2m . (3.48)

Уравнениям (3.48) соответствует эквивалентная схема (рис. 3.33,б). Из (3.48) вытекают смысл и наименование h-параметров:

- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для малой переменной составляющей тока;

    - коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока;

 - дифференциальный коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей;

 - выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока. Отметим, что h-параметры являются дифференциальными. На высоких частотах между переменными составляющими токов и напряжений появляются фазовые сдвиги и параметры становятся комплексными. При этом (3.48) записываются в виде:

 (3.49)

Определение h-параметров по характеристикам

Низкочастотные значения h-параметров транзистора можно найти с помощью семейств входных и выходных характеристик. Для этого:

1. Отмечают на характеристиках положение рабочей точки по постоянному току, в которой определяются h-параметры.

2. Определяются малые приращения токов и напряжений относительно рабочей точки и рассчитываются h-параметры.

В качестве примера определим значения h_11Э, h_12Э, h_21Э, h_22Э - параметров транзистора в рабочей точке, задаваемой величинами I_Б(0), I_К (0), U_БЭ (0), U_КЭ (0).

Параметры h₂₂ и h₂₁ определяют по выходным характеристикам (рис. 3.34).

.

Условие i_Б=const эквивалентно равенству нулю переменной составляющей I_{Б m}. По характеристикам определяем

Отметим, что приращения выбираются вдоль характеристики, снятой при i_Б =I_Б (0).  .

При этом:

Параметры h_11Э и h_12Э определяются аналогично по входным характеристикам транзистора (рис. 3.35). 

H - параметры широко используются для анализа транзисторных схем в режиме малого сигнала, так как позволяют применять готовые формулы теории линейных четырехполюсников.

Y-параметры транзистора

Если в качестве независимых переменных в формулах (3.45) выбрать u₁ и u₂ , то, выполнив аналогичную линеаризацию, мы получим систему Y-параметров (все Y-параметры имеют размерность проводимости - См).   (3.40)

Y-параметрами пользуются при анализе транзисторных схем на высоких частотах.