2.4 Эквивалентные схемы транзистора

Графический метод расчета громоздкий, неточный, исключает возможность аналитического анализа, используется для наглядного представления положения рабочей точки. Аналитический расчет производится только для переменных составляющих напряжений и токов. В этом случае транзистор заменяется эквивалентной схемой, которая представляет собой схему, состоящую из линейных пассивных и активных элементов. Эта схема справедлива только в режиме малого сигнала, т.е. когда связь между приращениями токов и напряжений линейна.

Существует два вида эквивалентных схем: физическая, отражающая процессы, протекающие в транзисторе, и формальная, в которой транзистор представляется в виде четырехполюсника.

Физическая эквивалентная схема составляется для переменных токов и напряжений, но при условии, что эмиттерный переход находится под прямым напряжением, а коллекторный переход - под обратным напряжением, а амплитуды сигналов таковы, что транзистор работает в линейном режиме.

Широко применяется Т – образная эквивалентная схема, показанная на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Физическая эквивалентная схема биполярного транзистора

В этой схеме обозначено:

• - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода включенного в прямом направлении. Обычно составляет несколько десятков Ом.

• - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, включенного в обратном направлении. Обычно составляет несколько сотен кОм.

• - объемное сопротивление базовой области. База выполняется с минимальной примесью, поэтому её сопротивление составляет порядка нескольких сотен Ом.

• - дифференциальный коэффициент передачи по току при схеме включения с ОБ.

• - емкость эмиттерного перехода, носит диффузионный характер, часто влияние этой емкости не учитывают даже на сравнительно высоких частотах, т.к. она шунтирована малым сопротивлением .

• - емкость коллекторного перехода является барьерной емкостью, она оказывает сильное влияние на частотные свойства транзисторов.

Формальная эквивалентная схема получила наибольшее распространение т.к. формальные параметры легко измеряются и приводятся в справочниках.

Рассмотрим формальную эквивалентную схему при включении транзистора с общим эмиттером (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 - Эквивалентная замена транзистора четырехполюсником

Если за зависимые переменные принять и, то их можно выразить через независимые переменные в виде уравнений

(2.12)

Значение – параметров можно определить, проведя опыт короткого замыкания на выходе и опыт холостого хода на входе.

Опыт короткого замыкания на выходе , тогда из системы уравнений следует

- входное сопротивление транзистора при схеме включения ОЭ;

- коэффициент передачи по току при схеме включения ОЭ.

Опыт холостого хода на входе , тогда из системы уравнений следует

- коэффициент внутренней обратной связи при схеме включения с ОЭ;

- выходная проводимость при схеме включения с ОЭ.

На основе приведенных уравнений можно построить эквивалентную схему транзистора в системе -параметров при включении с ОЭ (рисунок 2.12).

Рисунок 2.12 - Эквивалентная схема транзистора при включении с ОЭ

На практике численные значения параметров, если они не приведены в справочниках, определяют по статическим характеристикам транзистора. Параметры зависят от схемы включения транзистора, что отмечается третьим индексом "э", "б" или "к" соответственно для схем с ОЭ, ОБ или ОК. Покажем, как это делается, на примере схемы с ОЭ.

Параметры иопределяют по входным характеристикам транзистора(рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 - Определение - параметров по входной характеристике

В точке строят характеристический треугольник. При перемещении из точкив точкунапряжение, т.е., а входное сопротивлениеравно отношению катетов характеристического треугольника

. (2.13)

Коэффициент внутренней обратной связи находится при(), что соответствует переходу из точкив точку

, (2.14)

где .

Параметры иопределяют по выходным характеристикам транзистора(рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 - Определение - параметров по выходным характеристикам

Для того, чтобы в точке определить параметр, строят характеристический треугольник. Тогда катетами треугольника будут приращения напряженияи тока, при выполнении условия. Численное значение параметра определяют по формуле

. (2.15)

Для определения параметра через точкупроводят вертикальную линию, которая пересекает две соседних выходных характеристики. Отрезокпропорционален приращению тока, а приращение тока базы равно разности токов, при которых сняты выходные характеристики, то есть, при этом. Следовательно,

, (2.16)

где -.