Использование схем замещения транзистора для анализа усилительных каскадов в режиме малых сигналов

С помощью схем замещения транзистора легко рассчитать параметры усилительной схемы для сигналов малой амплитуды. Для примера проведем расчет усилительного каскада (рис. 3.30).

Составим малосигнальную эквивалентную схему, соответствующую схеме рис. 3.30; для этого:

1. Источник постоянного напряжения замкнем накоротко (его сопротивление переменному току близко к нулю).

2. Заменим транзистор малосигнальной схемой замещения.

Полученная таким образом малосигнальная эквивалентная схема усилительного каскада изображена на рис. 3.36,а.

Для простоты примем, что сопротивления разделительных конденсаторов в рабочем диапазоне частот близки к нулю, а сопротивления R_Б и R_К велики ( R_Б >> h_11Э, R_К >> R_Н). Тогда схема упрощается и приобретает вид рис. 3.36,б. Тогда для токов и напряжений транзистора запишем:

.(3.51)

Кроме того, добавим два уравнения, описывающие источник сигнала и нагрузку:

U_Кm = - R_Н I_Кm ; (3.52)

E_Эm = U_Бm + I_Бm R_г . (3.53)

Из системы уравнений (3.51...3.53) можно получить все расчетные формулы.   (3.54)

где:  h_э= h_22Э , h_11Э - h_12Э h_21Э .

Отметим, что, как правило,  h R_Н << h₁₁;  h << h₂₂R_Г и h₁₁<< R_Г.

Пример: h_11Э=0,14 кОм; h_12Э=4,3 · 10 ^-4; R_Н=1 кОм;

h_21Э=45; h_22Э=1,8 · 10 ^-4 См; R_Г =10 кОм.

При этом:

 h  5 · 10 ^-3 ; ^ hR_Н =5,0 Ом<< h₁₁; h₂₂R_Г =1,8>>  h.

Следовательно:

KU= 45· 10 / 1,4=32 ;	RВХ= 0,14 кОм ;
KI = 45 ;	RВЫХ= 50 кОм

Главное достоинство полученных с помощью схемы замещения соотношений (3.54) в том, что они справедливы для любой схемы включения транзистора (ОБ, ОЭ, ОК) и даже для любых усилительных элементов.

Малосигнальные физические эквивалентные схемы биполярного транзистора

Как и схемы замещения, малосигнальные физические (моделирующие) эквивалентные схемы предназначены для расчета малых переменных составляющих токов и напряжений, но элементы этих схем соответствуют структуре и физическим процессам реального транзистора. Параметры элементов физических эквивалентных схем вычисляются с помощью соотношений, вытекающих из теории транзисторов. Наиболее распространенные физические эквивалентные схемы получают путем линеаризации уравнений моделей Эберса - Молла, При этом уравнения предварительно упрощают, записывая для активного режима (малосигнальные физические эквивалентные схемы предназначены для анализа усилительных каскадов, в которых используется активный режим работы транзистора). В данном подразделе будут рассмотрены низкочастотные варианты эквивалентных схем, не учитывающие инерционность физических процессов в транзисторе.

Схема для включения транзистора ОБ

Т-образная малосигнальная эквивалентная схема приведена на рис. 3.37. Она включает: 

дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода;

 сопротивление тела базы;

дифференциальное выходное сопротивление транзистора;

дифференциальный коэффициент передачи тока в схеме с общей базой.

  Схема получена путем линеаризации классической модели Эберса-Молла для активного режима. Для данного режима генератор тока_Ii₂ в схеме на рис. 3.37 отсутствует и i_Э = i₁. При линеаризации вместо эмиттерного перехода с нелинейной характеристикой появляется его дифференциальное сопротивление r_Э. Сопротивление r_К, учитывающее эффект Эрли определяется по выходным характеристикам транзистора в схеме с ОБ (см. определение параметра h ₂₂) величина r _к составляет десятки - сотни килоом и часто не учитывается. h_21Б   - параметр , аналогичный статическому коэффициенту передачи тока  , но для малых приращений. В практических расчетах h_21Б часто принимают равным единице.