Методическое пособие 445

схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК) [3-5].

Для определения аналитических зависимостей между токами и напряжениями идеализированный транзистор представляют эквивалентной схемой Эберса – Молла (рис. 67) [2,3-5]. Модель состоит из двух идеальных р-n-переходов, включенных навстречу друг другу. Объемные сопротивления слоев, емкости р-n-переходов и эффект модуляции ширины базы не учитываются.

Рис. 67. Эквивалентная схема Эберса – Молла

Схема с ОБ. Токи эмиттера и коллектора выражаются следующим образом:

где IЭБК и IКБК – тепловые токи эмитерного и коллектоного переходов при коротком замыкании на входе транзистора (UКБ = 0 и UЭБ = 0 соответственно); α – коэффициент передачи тока эмиттера в активном режиме; αI – коэффициент передачи тока эмиттера при инверсном включении; UЭБ и UКБ – напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах соответственно; φT = kТ/е – температурный потенциал.

50

где IКБ0 и IЭБ0 – обратные токи коллекторного и эмиттерного переходов, измеряемые соответственно при обрыве коллектора и эмиттера.

Статические ВАХ идеализированного транзистора:

Величина α называется статическим (интегральным) коэффициентом передачи эмиттерного тока. Значение коэффициента α составляет 0,95÷0,999.

51

Величина αI называется инверсным коэффициентом передачи коллекторного тока.

Дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного

тока

Вактивном режиме α ≈ αI.

Втранзисторе, включенном по схеме ОЭ, ток коллектора

Дифференциальный коэффициент передачи тока базы

dIК U const .

dIБ КЭ

52

Связь между статическим и дифференциальным коэффициентами передачи тока базы:

B IБ IКБ0 d . dIБ

Схемы замещения и параметры транзистора

Для аналитического расчета цепей с транзисторами широко используют схемы замещения. Получили распространение физические и формализованные модели транзистора.

В физической схеме замещения ее параметры связаны с физическими (собственными) параметрами транзистора [2,4,5]. На рис. 68 а, б показаны Т-образные схемы замещения для переменных токов и напряжений для схем ОБ и ОЭ соответственно. Они справедливы для линейных участков входных и выходных ВАХ транзистора, на которых параметры транзистора можно считать неизменными. Здесь rэ – дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода (включенного в прямом направлении):

Рис. 68. Физические схемы замещения транзистора

Значения rЭ зависят от постоянной составляющей тока эмиттера:

53

Числовое значение rЭ лежит в пределах от единиц до десятков Ом. rБ – поперечное объемное сопротивление базы – сопротивление базовому току. Обычно rБ >> rЭ и составляет 100 ÷ 500 Ом. Эквивалентный источник тока αIЭ учитывает транзитную составляющую приращения эмиттерного тока, проходящую через базу в коллектор.

Сопротивление

rК dUКБ I const

dIК Э

– дифференциальное сопротивление коллекторного перехода (включенного в обратном направлении); учитывает изменение коллекторного тока с изменением напряжения UКБ. Значения rК лежат в пределах 0,5 ÷ 1 МОм.

Емкости СЭ и СК – это емкости эмиттерного и коллекторного переходов. Каждая из них равна сумме барьерной и диффузионной емкостей соответствующего перехода.

Поскольку на высоких частотах емкость СК шунтирует большое сопротивление rК, она сильно влияет на работу транзистора, а емкость СЭ шунтирует малое сопротивление rЭ и ее влияние незначительно. Емкость СК учитывают при частотах, составляющих десятки килогерц, а емкость СЭ – при частотах, превышающих единицы и десятки мегагерц. При работе на средних частотах (от десятков герц до единиц килогерц) емкости переходов не учитывают и в схему замещения не вводят.

Дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного

тока

dIК

dIЭ UКБ co n st

54

Коэффициент α имеет порядок 0,9÷0,999.

В Т-образной схеме замещения транзистора ОЭ (рис. 4.3 б) сопротивления rэ, rб имеют тот же физический смысл и тот же порядок величин, что и в схеме с ОБ. Поскольку входной ток в схеме ОЭ – ток базы, в выходную цепь введен источник

тока βIБ. Сопротивление r* r 1 учитывает изменение К К

коллекторного тока с изменением напряжения UКБ. Так как входным в схеме ОЭ является ток базы, который в 1 + β раз меньше тока эмиттера, то при переходе от схемы ОБ к схеме ОЭ в 1 + β раз уменьшается не только активное, но и емкостное сопротивление коллекторного перехода. В схеме с ОЭ

большему ее влиянию на высоких частотах, чем влияние емкости Сэ. В связи с этим емкость Сэ в схеме ОЭ обычно не учитывают.

Дифференциальный коэффициент передачи тока базы в схеме ОЭ

Так как в транзисторе существует положительная обратная связь, обусловленная эффектом модуляции ширины базы, то во входные цепи схем замещения следовало бы ввести источник напряжения, учитывающий это явление. Так как числовое значение коэффициента обратной связи мало (10–3 ÷ 10–4), то обычно этот источник в схему замещения не вводят.

Формализованные модели транзистора основаны на представлении транзистора в виде четырехполюсника, который может быть характеризован одной из шести систем уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжения [2,4,5]. Чаще всего используются системы уравнений в z, y и h параметрах.

Схемы замещения транзистора для систем z, y и h - параметров показаны на рис. 69, а, б, в соответственно. На

55

высоких частотах используется также гибридная схема замещения (рис. 70).

а б в Рис. 69. Формализованные схемы замещения транзистора

Наиболее широко используется система h-параметров, так как эти параметры легко измерить и определить по ВАХ транзистора. h-параметры транзистора имеют следующий физический смысл:

режиме короткого замыкания (к.з.) на выходе для переменного тока;

напряжению в режиме холостого хода (х.х.) на входе для переменного тока;

Рис. 70. Гибридная схема замещения транзистора

56

на выходе для переменного тока;

режиме х.х. на входе для переменного тока.

Значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора [4,5].

Например, для схемы с ОБ физические параметры транзистора и h-параметры связаны следующим образом:

1.Изобразить схемы включения транзистора с ОБ, ОЭ и ОК для транзисторов типов р-п-р и п-р-п в активном режиме.

2.Изобразить схемы включения транзистора с ОБ для транзисторов типов р-п-р и п-р-п. Показать полярности питающих напряжений для случаев работы транзистора: а) в активном режиме; б) в режиме отсечки; в) в режиме насыщения; г) при инверсном включении. На обеих схемах показать направления токов эмиттера 1э, коллектора 1к, базы 1Б для всех рассмотренных случаев.

3.Транзистор типа р-п-р включен по схеме ОЭ (рис. 71).

Вкаком режиме работает транзистор, если: а) напряжение базаэмиттер UБЭ = – 0,4 В и напряжение коллектор-эмиттер UКЭ = – 0,3 В; б) напряжение UБЭ = – 0,4 В и напряжение UКЭ = – 10 В; в) напряжение UБЭ = 0,4 В и напряжение UКЭ = – 10 В?

4.Транзистор типа п-р-п включен по схеме ОБ. Напряжение эмиттер-база UЭБ = – 0,5 В, напряжение коллектор-база UКБ = 12 В. Определить напряжение коллекторэмиттер.

57

9.Пользуясь семействами входных и выходных характеристик для схемы ОЭ (рис. 72, а, б), построить входные

ивыходные характеристики для схем ОБ.

10.Транзистор р-п-р включен в схему с общей базой. Показать, что дифференциальное сопротивление эмиттера можно приближенно вычислить по формуле rЭ ≈ kТ/(еIЭ), где IЭ

– ток эмиттера. Вычислите rЭ при Т = 300 К, если IЭ = 2 мА.

11.В транзисторе КТ315А, включенном по схеме с общим эмиттером, ток базы изменился на 0,1 мА. Определить изменение тока эмиттера, если коэффициент передачи тока базы h21б = 0,975.

12.Выразить параметры транзистора h12Э и h11Э в схеме с ОЭ через h-параметры транзистора в схеме с ОБ.

13. Пользуясь схемой замещения транзистора, включенного по схеме с ОБ (рис. 73), установить зависимость между собственными параметрами и h-параметрами.

Рис. 73. Схема с ОБ

14. По семейству выходных характеристик транзистора КТ339А в схеме с общим эмиттером (рис. 74) определить ток базы Iб и напряжение на коллекторе Uк в рабочей точке А, в которой ток коллектора Iк = 6 мА, а мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк = 72 мВт.

59