5.2.5 Режим работы транзистора

Рассмотренные характеристики транзисторов соответствуют работе транзистора при R_н = 0 (статические характеристики). Статические характеристики не учитывают перераспределение напряжений между транзистором и нагрузкой при изменении входного сигнала. Рассмотрим на примере схемы с ОЭ как влияет на характеристику учет влияния сопротивления нагрузки (динамические характеристики) (рисунок 5.6).

а б

а – схема с ОЭ; б – графическое решение задачи нахождения токов

и напряжений в динамическом режиме.

Рисунок 5.6 – режимы работы транзистора

Схема (рисунок 5.6а) состоит из последовательно соединенного транзистора VT (нелинейного элемента) и линейного (R_к). Для схем содержащих нелинейные элементы наиболее наглядным является графический метод решения. Для решения задачи проводится нагрузочная прямая по постоянному току. Точка пересечения прямой и характеристики нелинейного элемента дает решение задачи. Построение прямой осуществляется по двум точкам: точка М (холостой ход) U = U_n; I = 0 и точка N (короткое замыкание) U = 0;

.

При изменении базового тока (входной сигнал) рабочая точка будет перемещаться по этой прямой. Точка пересечения нагрузочной прямой и выходной характеристики дает возможность определить напряжение на коллекторе и ток I_к (рисунок 5.6б). В зависимости от положения рабочей точки различают три режима работы транзистора. Точка С – режим отсечки (уже давали определение). Точка А – режим насыщения. В этом режиме при заданных R_к и Е_к ток коллектора достигает максимального значения, а напряжение между коллектором и эмиттером – минимального, так как оба перехода оказываются в открытом состоянии, а напряжения на переходах направлены встречно. Рабочие точки находящиеся между С и А соответствуют активному режиму работы.

5.2.6 Представление транзистора четырехполюсником

Для анализа и расчета схем транзистор представляют четырехполюсником (рисунок 5.3).

Существует несколько способов представления функциональных связей между входными и выходными величинами:

U₁ = f (I₁, I₂); U₂ = f (I₁, I₂) – система Z параметров;

I₁ = f(U₁, U₂); I₂ = f(U₁, U₂) – система Y параметров;

U₁ = f (I₁, I₂); I₂ = f(U₁, U₂) – система Н параметров.

Название системы параметров связано с размерностью коэффициентов, входящих в уравнения описывающие зависимости: Z – коэффициенты в уравнениях имеют размерность сопротивления; Y – проводимости; Н – смешанные коэффициенты.

При описании транзисторов используется система Н параметров, так как при этом коэффициенты в уравнениях имеют вполне определенный физический смысл.

Для схемы с ОЭ (рисунок 5.3б) зависимости между входными и выходными величинами имеют вид

U_б = f (I_б, U_к); I_к = f(I_б, U_к) .

Для нахождения приращений функции двух переменных необходимо найти дифференциал.

dI_б + dU_к

dI_б + dU_к

Для малых сигналов уравнения, описывающие четырехполюсник, имеют вид

,

где

Физический смысл коэффициентов: h₁₁ [Ом] – входное сопротивление; h₁₂ - коэффициент обратной связи по напряжению (безразмерная величина); h₂₁ – коэффициент передачи тока (безразмерная величина); h₂₂ [См] - выходная проводимость. Очевидно, что h-параметры для каждой схемы включения транзистора будут разниться между собой, поэтому в справочной литературе ставят индексы (Э, Б, К).

h-параметры могут быть определены по входным и выходным статическим характеристикам графическим дифференцированием. Для определения h₁₁ на входной характеристике в области рабочей точки задают приращение U_б и по характеристике находят I_б. Условие U_к = const выполняется на данной характеристике (рисунок 5.7а).

Для нахождения h₁₂ через рабочую точку проводят линию I_б = const (рисунок 5.7б); U_б находится из графика; U_к берется как разница коллекторных напряжений при которых сняты характеристики (U_к = U_к2 – U_к1). Определение h₂₂ осуществляется по выходной характеристике (рисунок 5.7в): в области рабочей точки задается приращение U_к и по графику определяется I_к. Условие I_б = const выполняется на характеристике. Для нахождения h₂₁ используют семейство выходных характеристик. Через рабочую точку проводится линия U_к = const и по точкам пересечения линии с характеристиками находится I_к (рисунок 5.7г). Величина I_б берется как разница базовых токов при которых сняты характеристики (I_б = I_б2 – I_б1).

а б в г

а – h₁₁; б – h₁₂; в – h₂₁; г – h₂₂.

Рисунок 5.7 – Определение h-параметров по статическим характеристикам