1.2.4.5. Эквивалентная схема транзистора в y-параметрах

Эквивалентная схема в y-параметрах обычно используется для анализа работы транзистора на высоких частотах. В этом случае независимыми переменными являются напряжения и , а зависимыми - токи и . Тогда система уравнений, характеризующая работу четырехполюсника примет вид:

I₁=y₁₁U₁+y₁₂U₂ (1.2.38)

I₂=y₂₁U₁+y₂₂U_2.

Для схемы с ОЭ (1.2.38) перепишется следующим образом:

. (1.2.39)

Коэффициенты системы уравнений (1.2.39)определяются при прямом и обратном коротком замыкании четырехполюсника.

Для случая прямого короткого замыкания: - входная проводимость при коротком замыкании, - проводимость прямой передачи, характеризующая воздействие входного напряжения на выходной ток при коротком замыкании.

Для случая обратного короткого замыкания: - проводимость обратной передачи, характеризующая воздействие выходного напряжения на входной ток при коротком замыкании, - выходная проводимость при коротком замыкании.

Эквивалентная схема транзистора с ОЭ в y-параметрах представлена на рис. 1.2.15.

Источник называется зависимым источником от входного напряжения , а источник - зависимым источником тока, потому что значение тока этого источника зависит от напряжения другой ветви.

Рис. 1.2.15 Эквивалентная схема транзистора с ОЭ в y-параметрах

Аналогично можно записать систему уравнений для транзистора с ОБ, и построить его эквивалентную схему в y-параметрах.

1.2.5. Инерционные свойства биполярного транзистора. Зависимость параметров биполярного транзистора от частоты.

1.2.5.1. Процессы в схеме с общей базой

В нормальной активной области накопленный в базе заряд неосновных носителей распределен по толщине базы по линейному закону: у эмиттерного перехода

, (1.2.40)

а у коллекторного

. (1.2.41)

Заряд в базе зависит от напряжения на эмиттерном переходе:

(1.2.42)

Ток коллектора - это ток диффузии неосновных носителей через базу

(1.2.43)

Значение зависит от заряда в базе:

(1.2.44)

Здесь - время диффузии неосновных носителей через базу. Каждому значению U_эб соответствует свое установившееся значение заряда Q_бн и тока коллектора. При быстрых изменениях входного сигнала появляются инерционные свойства транзистора, обусловленные конечным временем “пролета” неосновных носителей через базу, т.е. временем на установление новой концентрации носителей в базе.

Если входной ток I_э изменится скачком на I_э, то ток коллектора изменится на величину I_к=_дифI_э не мгновенно, а по экспоненциальному закону, с постоянной времени _. Этот процесс можно рассматривать как изменение коэффициента передачи тока во времени по экспоненте:

, (1.2.45)

где ₀ - установившееся значение. Если использовать преобразование Лапласа для функции _диф(t), то коэффициент передачи тока в операторной форме равен , где p - оператор Лапласа.

Рис. 1.2.16. Переходный процесс при включении транзистора с ОБ

Постоянная времени равна времени диффузии, т.е. зависит от толщины базы.

Если переменная составляющая тока эмиттера имеет вид синусоидального колебания , коллекторный ток также будет синусоидальным, при этом коэффициент _диф может быть найден из (p) подстановкой p=j. Таким образом,  зависит от частоты

. (1.2.46)

Здесь - предельная частота коэффициента передачи тока эмиттера, на которой модуль коэффициента =0.7 своего статического значения. С ростом частоты не только уменьшается модуль коэффициента, но и увеличивается задержка (запаздывание по фазе) тока коллектора . При , и .

Реальные зависимости и совпадают с этими формулами только в диапазоне частот до , что видно из рис 1.2.17.

1

0.7

0.1 1 10 /_

-/4

-/2



реальная зависимость

Рис. 1.2.17. Зависимости коэффициента передачи тока и фазы сигнала от частоты при работе транзистора с ОБ на высоких частотах

Чем тоньше база, тем меньше , тем выше предельная величина коэффициента .