Представление транзистора в малосигнальном режиме работы четырехполюсником
В малосигнальном режиме работы транзистор может быть представлен четырехполюсником. Когда напряжения u1, u2 и токи i1, i2 изменяются по синусоидальному закону, связь между напряжениями и токами устанавливается при помощи Z, Y, h параметров.
Потенциалы 1', 2', 3 одинаковы. Транзистор удобно описывать, используя h-параметры.
Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: Iб, Uбэ, Iк и Uкэ. Две из этих величин можно считать независимыми, а две другие могут быть выражены через них. Из практических соображений в качестве независимых удобно выбирать величины Iб и Uкэ. Тогда Uбэ = f1(Iб, Uкэ) и Iк = f2(Iб, Uкэ).
В усилительных устройствах входными сигналами являются приращения входных напряжений и токов. В пределах линейной части характеристик для приращений Uбэ и Iк справедливы равенства:
Физический смысл параметров:
–
входное
сопротивление при коротком замыкании
полюсов 2-2';
–
коэффициент
передачи по напряжению в режиме хх со
стороны полюсов 1-1';
–
коэффициент
передачи по току при коротком замыкании
полюсов 2-2'
–
выходная
проводимость при холостом ходе на
входе, полюсы 1-1' разомкнуты.
Для схемы с ОЭ коэффициенты записываются с индексом Э: h11э, h12э, h21э, h22э.
В паспортных данных указывают h21э = β , h21б = α. Эти параметры характеризуют качество транзистора. Для увеличения значения h21 нужно либо уменьшить ширину базы W, либо увеличить диффузионную длину, что достаточно трудно.
Наверх
Составные транзисторы
Для увеличения значения h21 соединяют биполярные транзисторы по схеме Дарлингтона:
В составном транзисторе, имеющем характеристики, как одного, база VT1 соединена с эмиттером VT2 и ΔIэ2 = ΔIб1. Коллекторы обоих транзисторов соединены и этот вывод является выводом составного транзистора. База VT2 играет роль базы составного транзистора ΔIб = ΔIб2, а эмиттер VT1 – роль эмиттера составного транзистора ΔIэ = ΔI1.
Получим выражение для коэффициента усиления по току β для схемы Дарлингтона. Выразим связь между изменением тока базы dIб и вызванным вследствие этого изменением тока коллектора dIк составного транзистора следующим образом:
Поскольку для биполярных транзисторов коэффициент усиления по току обычно составляет несколько десятков (β1, β2 >> 1), то суммарный коэффициент усиления составного транзистора будет определяться произведением коэффициентов усиления каждого из транзисторов βΣ = β1 · β2 и может быть достаточно большим по величине.
Отметим особенности режима работы таких транзисторов. Поскольку эмиттерный ток VT2 Iэ2 является базовым током VT1 dIб1, то, следовательно, транзистор VT2 должен работать в микромощном режиме, а транзистор VT1 – в режиме большой инжекции, их эмиттерные токи отличаются на 1-2 порядка. При таком неоптимальном выборе рабочих характеристик биполярных транзисторов VT1 и VT2 не удается в каждом из них достичь высоких значений усиления по току. Тем не менее даже при значениях коэффициентов усиления β1, β2 ≈ 30 суммарный коэффициент усиления βΣ составит βΣ ≈ 1000.
Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статистическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей. В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ, наоборот, и граничная частота усиления по току, и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов VT1, VT2 в отдельности.
Наверх