αI I2 - в инверсном включении. (αI-коэффициент передачи по току в инверсном включении). Собственные сопротивления различных областей транзистора учитываются сопротивлениями: rэ (сопротивление эмиттерной области); rБ (сопротивление базы ); rК- сопротивление коллектора). Рассмотренная схема является эквивалентной схемой транзистора по постоянному току, так как не учитывает ряда факторов, оказывающих существенное влияние
на переменную составляющую. Поскольку транзистор в большинстве случаев усиливает сигналы переменного тока, то его эквивалентная схема будет несколько иной (рис.62).
Здесь: |
|
|
|
|
|
|||
α |
= |
dI К |
, |
U К |
= const |
- динамический коэффициент передачи по току. |
||
dI Э |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
r |
= dU Э |
, |
U |
К |
= const |
- динамическое сопротивление эмиттера. |
||
Э |
|
dI Э |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
rК |
= |
dU K |
, |
I Э |
|
= const |
- динамическое сопротивление коллектора. |
|
|
|
dI K |
|
|
|
|
|
|
μЭК = dU Э , IЭ = const - динамический коэффициент внутренней обратной свя-
dU К
зи по напряжению. rБ-объемное сопротивление базы.
Cк-емкость коллекторного перехода.
Транзистор как линейный четырехполюсник.
Транзистор с его внутренними параметрами, определяемыми эквивалентной схемой, можно представить в виде линейного четырехполюсника (рис.63)-“черного ящика” с произвольной, но неизменной структурой, которая
64
определяет соответствующие зависимости между входными и выходными параметрами (U1;I1;U2;I2).
В зависимости от того какие из этих величин взять за независимые переменные, а какиеза зависимые, линейный четырехполюсник можно описать шестью различными системами уравнений, однако наибольшее распространение получила система, где за независимые переменные принимаются входной ток I1 и выходное напряжение U2, а за зависимые-выходной ток I2 и входное напряжение U1. Тогда система уравнений, связывающая между собой зависимые и независимые переменные, выглядит так:
U 1 |
= h11 I 1 |
+ h12 U 2 |
(71) |
||||
I 2 = |
h 21 I 1 + |
h 22 U |
2 |
||||
|
|||||||
Физический смысл коэффициентов h11, h12, h21, h22, называемых h- параметрами установим следующим образом:
Если в первом уравнении положить U2=0 (к.з. навыходе), то параметр h11 можно найти:
h |
= |
U 1 |
, при |
U |
2 |
= 0 |
|
||||||
11 |
|
I1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Это входное сопротивление транзистора rвх.
Если в этом же уравнении положить I1=0 (х.х. на выходе), то параметр h12 равен:
h12 |
= |
|
U 1 |
, при I1 = 0 |
|
|
|||
|
|
U 2 |
||
Это коэффициент внутренней обратной связи по напряжению. Аналогичным образом из второго уравнения находим:
h21 = |
I 2 |
, при U 2 = 0 |
|
I1 |
|||
|
|
Это коэффициент передачи транзистора по току.
h22 = UI2 , при I1 = 0
2
Это выходная проводимость транзистора Yвых, вместо которой чаще используют обратную величину:
h1 = R ВЫХ
22
65
С учетом h-параметров эквивалентная схема транзистора выглядит следующим образом (рис64).
Здесь во входной цепи транзистора включен генератор напряжения h12U2, который учитывает взаимовлияние между коллекторным и эмиттер-
ным переходом в результате модуляции ширины базы, а генератор тока h21I1, в выходной цепи учитывает усилительные свойства транзистора, когда под действием входного тока I1, в выходной цепи возникает пропорциональный ему ток h21I1.
h11 и h22 - это соответственно входное сопротивление и выходная проводимость транзистора. Для различных схем включения транзистора h-параметры будут различны.
Так для схемы для схемы с общей базой входными и выходными величинами являются (рис.65):
U1 =UБЭ; I1 =IБ; U2 =UКБ; I2 = IК.
Так как транзистор чаще усиливает сигнал переменного тока, то и h- параметры по переменному току должны определяться не как статические, а как динамические (дифференциальные). Для схемы с общей базой они определяются по выражениям:
h |
= |
UЭБ |
, |
при |
U |
КБ |
= const |
||
|
|||||||||
11Б |
|
IБ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
h |
= |
UЭБ , |
при |
I |
Э |
= const |
|||
12Б |
|
UКБ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(72)
(73)
66
h |
= |
IК , |
при |
U |
КБ |
= const |
(74) |
|
21Б |
|
IЭ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
h22 Б |
= |
IК |
, |
при |
|
IЭ |
= const |
(75) |
|
|
|||||||
|
|
U КБ |
|
|
|
|
|
|
Индекс Б говорит о принадлежности этих параметров к схеме с общей базой.
Для схемы с общим эмиттером входными и выходными величинами являют-
ся (рис.66):
U1 =UЭБ; I1 =IБ; U2 =UКЭ; I2 =IК.
А h-параметры определяются из соотношений:
h |
= |
UЭБ |
, |
при U =const |
|
||||
11Э |
|
IБ |
КЭ |
|
|
|
|
||
h |
= |
UЭБ , |
при I |
Б |
=const |
12Э |
|
UКЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
= |
IК , |
при U =const |
||
21Э |
|
IБ |
КЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
= |
IК |
, при I |
Б |
=сonst |
|
|||||
22Э |
|
UКЭ |
|
||
|
|
|
|
||
(76)
(77)
(78)
(79)
h-параметры можно определить и графическим путем, используя семейства входных и выходных характеристик транзистора. Так, для схемы с общим эмиттером семейства входных и выходных характеристик представлены на рисунках 67 и 68.
Входные характеристики транзистора в справочниках обычно представлены двумя кривыми, снятыми при Uк=0 и Uк=5В. Все остальные входные характеристики при Uк>5В настолько близко расположены друг от друга, что практически сливаются в одну характеристику. Поэтому откладывая на оси абсцисс выходных характеристик Uк=5В, восстанавливаем из этой
67
UK=0 UK=4B UK=5B
точки перпендикуляр до пересечения с какой-либо из средних характеристик, например, Iб2 (точка А). Точке А соответствует коллекторный ток IкА. Тогда, давая приращение току Iк при неизменном Uк на величину Iк, например, до пересечения со следующей характеристикой (Iб3), получим точку В. Приращение базового тока Iб при этом соответствует разности :
|
|
Iб=Iб3-Iб2. |
|
(80) |
||
Подставляя найденные величины |
Iк и |
Iб в ( 78) получаем: |
|
|||
h |
= IК , |
при U |
КЭ |
= const |
(81) |
|
21Э |
IБ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Давая теперь приращение напряжению Uк на величину Uкэ до точки С, соответствующей началу загиба характеристики, получим напряжение Uкс. Точке С соответствует коллекторный ток Iкс на оси ординат.
Находя разность токов IкC и IкА, получим:
|
|
IК′ =IКС−IКА. |
|
|
Подставляя найденные значения |
I′к и Uкэ в (79), получим: |
|
||
h22 Э = |
I К′ |
, при |
I Б = I Б 2 = const |
(82) |
|
||||
|
U КЭ |
|
|
|
Теперь на оси ординат входной характеристики отложим величину тока базы IБ2=IБА. Используя входную характеристику при Uк=5В, найдем напряжение UЭБА. Давая приращение току базы на величину ΔΙ′б, находим приращение
напряжения Uэб: UЭБ =UЭБА′ −UЭБА
Подставляя найденные значения Uэб и I′б в (78), получаем:
68