Общая электротехника и электроника. Физические свойства и элементная

значения, что и в схеме с ОБ, а дифференциальное сопротивление гк и

барьерная емкость Ск могут быть рассчитаны по формулам

J k .

кр + Г

с*к = С к(Р + 1 ).

Л е к ц и я 11

2.2.7. Представление транзистора в виде четырехполюсника

При анализе и расчете некоторых электронных схем удобно предста­ вить транзистор в виде четырехполюсника, т.е. схемы, которая имеет два входных полюса и два выходных, а внутреннее содержание и соединения

этой схемы на изменение двух выбран­ ных параметров из четырех (двух токов и

двух напряжений). В зависимости от то­

Рис. 2.45

го, какие величины выбрать за независи­ мые переменные, можно составить шесть пар дифференциальных уравне­

ний, а следовательно, получить шесть различных систем параметров.

В транзисторной практике наибольшее применение нашла так назы­ ваемая система й-параметров, когда за независимые переменные приняты ток 11 и напряжение Ui. В этом случае переменными (функцией) являются величины U\ = F(/j, Ui) и 1\ = F{1\, Ui)- Полная производная от двух пере­ менных может быть найдена как сумма частных производных (коэффици­ енты при производных d/j и dU2 получили название й-параметров).

В этих уравнениях параметр Ли имеет размерность сопротивления и равен входному сопротивлению транзистора при коротком замыкании вы­

9/i Ui =const или dU2=0

размерная и называется коэффициентом внутренней обратной связи, т.е. показывает влияние выходного напряжения (UK_ б, UK- 3) m входное на­ пряжение (U3_ б) при разомкнутой входной цепи (режим холостого хода),

няется коэффициенту передачи входного тока при коротком замыкании

мерность проводимости (сименс) и называется выходной проводимостью транзистора при разомкнутой входной цепи (режим холостого хода),

и22 = 812

dU, /j =const или d/j =0

Все эти параметры можно определить экспериментально. Для этого режим короткого замыкания в выходной цепи по переменной составляю­ щей (dUi = 0 ) создается за счет емкости, подключенной параллельно вы­ ходным клеммам, а режим холостого хода (d/i = 0 ) - за счет последова­ тельного включения во входную цепь индуктивности. Приближенно А параметры можно найти графическим путем по статическим ВАХ. Для на­ хождения параметров Ап и Нц используются входные характеристики (рис. 2.46, а)

Для разных схем включения транзистора различными будут и значе­ ния отдельных параметров, так как для схемы с ОБ

Щ = и 3_ б, и 2 = uK_ 6, i x = / э, i 2 = / к,

где ЛЙоб = h 1 ОБ^ 2 2 ОБ “ ^ 1 2 0Б^21 ОБ>Д^ОЭ = ^1 103^22 03 ~ ^ 1 2 03^21 03 • Для расчета электронных схем по системе й-параметров удобней

пользоваться и эквивалентной схемой замещения четырехполюсника (рис. 2.47). Эта структура не меняется для любой схемы включения тран­ зистора, меняются только й-параметры.

В заключение еще раз отметим, что все параметры транзистора в виде четырехполюсника рассчитываются по переменным составляющим токов и напряжений и при работе транзистора в активном (усилительном) режи­ ме.

2.2.8.Переходные характеристики

ичастотные свойства транзистора

Транзистор является инерционным элементом, т.е. при идеальном скачке входного тока выходной ток не может измениться скачком. Это объясняется тем, что носители, пришедшие с эмиттера, не могут мгновен­ но пролететь базу. Требуется время, чтобы они переместились от эмиттера к коллектору. Кроме того, невозможно, чтобы все носители, внедренные в базу, одновременно достигли коллекторного перехода, так как они имеют разную скорость. Поэтому считается, и это доказано теоретически и экспе­ риментально, что при идеальном скачке входного тока выходной ток изме­ няется в первом приближении по экспоненциальному закону (рис. 2.48).

Уравнение переходной характеристи­ ки запишется так:1

где та - постоянная времени нарастания

коллекторного тока в схеме с ОБ; / куст -

установившийся ток коллектора.

Как известно, такой переходный про­ цесс описывается линейным дифференци­ альным уравнением первого порядка

1 + а уст Руст

1 + усотр *

1 + усо

1 + а уст

где Тр _ постоянная времени нарастания коллекторного тока в схеме с ОЭ, которая значительно больше та ,

Сравнивая формулы (2.19) и (2.20), можно сделать вывод, что частот­ ные свойства схемы с ОЭ значительно хуже частотных свойств схемы с ОБ, поскольку сор значительно меньше соа .

2.2.9. В литие паразитных емкостей на инерционность транзистора

В схеме замещения транзистора (см. рис. 2.44) присутствует емкость в эмиттерной и коллекторной цепях. Эти две емкости создают две дополни­ тельные постоянные времени тэ = Сэгэ и тб = Скгб, где тэ - постоянная

времени эмиттерной цепи; тб - постоянная времени базовой цепи. В нор­ мальных режимах работы транзистора тэ всегда меньше 1 5 , поэтому наи­ большее влияние на частотные свойства оказывает постоянная времени 1 5 , которая значительно возрастает, если в коллекторную цепь включить

добавочное сопротивление RK. В этом случае постоянная времени базовой

цепи становится равной CK(rg + RK). С учетом сказанного, при расчетах

необходимо в формулу (2.19) подставлять не та, а эквивалентную постоян­

рис. 2.49. Несмотря на то, что выполнена схема на двух транзисторах, у со­ ставного транзистора имеются только три вывода: коллектор, эмиттер, ба­ за, поэтому его можно рассматривать как один транзистор, но уже с дру­ гими параметрами.

Определим для составного транзистора коэффициент передачи тока базы ps . Как видно из схемы (рис. 2.49), / к = / к + 1К^ , где / К1 = Pj/б» а

7К2 = 7б2 02 = 7Э,Рг = (Pi + 1)7бРг. тогда

Лс = Pl^6 Р2СР1 + 1 )^б или АсЛб = P i = (Pi + Р2) + PlP2 •

j Коллектор

Разделив UK_ э на / к, найдем

*'к, + % + %

Р2 + 1

Как видно из (2.24), дифференциальное сопротивление коллектора со­ ставного транзистора значительно меньше, чем обычного транзистора, что

= ^К.О\ (Р2 + 1 ) + ^к.о>

т.е. в ((32 +1) раз больше, чем обычного транзистора. Этот существенный недостаток составного транзистора ограничивает его применение. Для уменьшения тока / * 0

можно предложить схему, приведенную на

пряжение открывания второго транзистора (U* «0,7 В), то ток базы VT2 будет равен 0 и тогда

^K.OJ ^K.OJ + Лс.о2 * ^к.о •