Электроника / Лекция 04

1. Схемы замещения биполярного транзистора

При расчетах электрических цепей с транзисторами реальный прибор заменяется схемой замещения, которая может быть либо бесструктурной, либо структурной. В обоих случаях транзистор представляется в виде эквивалентного четырехполюсника, но в структурной схеме отражены физические связи между ее элементами.

Хотя транзистор является нелинейным элементом, но как видно из рис. 1.10 и 1.11, на входной и выходной характеристиках можно выделить участки, где зависимости между токами и напряжениями близки к линейным. Такие участки находятся внутри рабочей области, что позволяет транзистор заменить эквивалентным линейным четырехполюсником. Однако линейными соотношениями связываются не значения его входных и выходных токов и напряжений, а величины приращений данных параметров относительно параметров режима, соответствующего точке, расположенной в центральной части рабочей области прибора. Поскольку электрический режим биполярного транзистора в схеме ОЭ определяется входным током I _Б и выходным напряжением U, величины приращений его параметров в случае бесструктурной схемы замещения целесообразно связать через h-параметры:

Δ U = h Δ I _Б + h Δ U, (1.5)

Δ I = h Δ I _Б + h Δ U. (1.6)

Из соотношения (1.5) при Δ U = 0 следует

h= , (1.7)

а при Δ I_Б = 0

h =. (1.8)

Аналогичным образом из соотношения (1.6) можно получить

h =, (1.9)

h=. (1.10)

Согласно соотношениям (1.7) – (1.10)

h является входным сопротивлением транзистора при постоянном значении напряжения U;

h - коэффициент обратной связи по напряжению;

h - коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, характеризующий усилительные свойства транзистора при постоянном значении напряжения U;

h - выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы.

Дифференцирование соотношения (1.4) при условии U = const показывает, что

h = β. (1.11)

Значения h-параметров транзистора рассчитываются, если известны входные и выходные характеристики. Обычно величина параметра h находится в пределах от нескольких сот до тысячи Ом, а величина параметра h - в пределах 10 - 10^-4 См. Величина параметра h практически равна нулю.

В соответствии с рис. 1.9,б структурную схему замещения транзистора можно представить в виде Т-образной схемы. Такая простейшая схема для случая включения транзистора с ОЭ приведена на рис. 1.12, где приращения токов и напряжений считаются переменными составляющими соответствующих параметров и обозначены как i_Б, i_К, u_БЭ, u_КЭ^*/.

Левая часть эквивалентной схемы транзистора отражает эмиттерный переход, находящийся в открытом состоянии. Поэтому в соответствии со схемой замещения p-n перехода (при ключе К на рис. 1.1.а в положении «а») резистор r_Э представляет собой сопротивление открытого перехода, величина которого невелика и лежит в пределах от единиц до нескольких десятков Ом. Резистор r_Б представляет сопротивление базового слоя, величина которого составляет 100-500 Ом и определяет входное сопротивление прибора, поскольку сопротивление r_Э мало. Правая часть схемы рис.1.12 отражает коллекторный переход, находящийся в закрытом состоянии. Согласно схеме рис. 1.1.б (при ключе К в положении «б») он представляется параллельным соединением сопротивления r_К(Э) и барьерной емкости коллекторного перехода С_К. Кроме того, параллельно им включен источник тока βi_Б, отражающая факт переноса рабочих носителей заряда в коллекторный слой. На низких частотах емкостное сопротивление велико и шунтирующим действием емкости С_К на источник тока βi_Б можно пренебречь, в связи с чем подключение емкости С_К на рис. 1.12 обозначено пунктиром.

Рисунок 1.12. Эквивалентная схема биполярного транзистора

для переменных составляющих токов и напряжений

Согласно эквивалентной схеме рис. 1.12 на низких частотах с учетом малой величины сопротивления r_Э приращение коллекторного тока

что находится в соответствии с соотношением (1.4), поскольку при небольших изменениях электрического режима транзистора величина обратного тока I_К0 практически не изменяется. Это подтверждает обоснованность введение второго слагаемого в правую часть соотношения (1.4). Нетрудно также убедиться, что согласно (1.10)

r = .

*^/ Как будет показано во второй главе, при использовании транзистора в составе усилительного каскада его токи и напряжения приобретают переменные составляющие. При усилении слабого сигнала мгновенные значения этих составляющих не выходят за пределы рабочей области.