dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Staroselskiy OLD / 03.bipolary / 6

90

6. Эквивалентные схемы биполярного транзистора

6.1. Эквивалентная схема для большого сигнала

на основе модели Эберса-Молла

Модель Эберса-Молла дополнена сопротивлениями базы и тела коллектора, а также барьерными и диффузионными емкостями. Скорректированы ВАХ диодов.

Функции I₁(V_be), I₂(V_bc) могут учитывать реальные ВАХ переходов;

r_B и r'_C — сопротивления базы и тела коллектора;

C_E (V_be), C_C (V_bc), C_S (V_sc) — барьерные емкости переходов;

C_Ed (I₁), C_Cd (I₂) — диффузионные емкости эмиттера и коллектора.

Диффузионные емкости приближенно учитывают зависимости . Поэтому в эквивалентной схеме — действительные числа, не зависящие от частоты.

Модель не учитывает:

1) Зависимости _N, _I от токов I₁, I₂.

2) Эффект Эрли.

3) Распределенный характер r_B, r'_C .

Значительно более мощная модель — Гуммеля-Пуна.

6.2. Малосигнальные (линейные) эквивалентные схемы

Малосигнальные эквивалентные схемы используются для транзистора, работающего в нормальном режиме (V_bc < - 3_Т) в заданной рабочей точке (заданы постоянные составляющие тока I_E и напряжения V_bc). При этом емкости — константы. Учитываются только переменные составляющие токов и непряжений (помечены точкой).

Эквивалентная схема может быть получена путем линеаризации элементов эквивалентной схемы для большого сигнала. Дополнительные элементы учитывают более тонкие эффекты.

Эквивалентная схема Джиаколетто:

О

С_С

E

B

C

b

c

r^'_C

r_C

r_B

e

r_Е

С_E

С_Ed

S

собенности схемы:

1). (V_bc < - 3_Т, I₂ <= - I_S).

2). Сопротивление r_C и генератор э.д.с. учитывают эффект Эрли.

3

С_S

).

( для заданного режима работы).

4). Управляемый генератор тока содержит ток , а не , т.к. коллектор собирает электроны, а не ток смещения.

5) , и . Поэтому Ток управляемого генератора можно представить в виде

,

где —

крутизна ВАХ (при большом токе может быть очень высокой).

Диффузионная емкость С_Ed учитывает зависимость в виде

.

Точность модели можно повысить, если исключить С_Ed и вместо действительных чисел использовать комплексные функции

или .

B

C

b

c

r^'_C

r^*_C

r_B

e

С_С^*

r_Е

С_E

I_B1



S

С_S







Для аналитических расчетов удобно использовать специальную эквивалентную схему для включения ОЭ (обратная связь не учииывается):

Особенности схемы:

1). Диффузионной емкости эмиттера нет. Вместо нее

. (а)

2

E

). Управляемый генератор тока содержит ток , а не , т.к. часть тока базы, которая ответвляется в емкость, не быть усилена.

3). Согласно (а) сопротивление и емкость — комплексные функции частоты. Импеданс этой емкости уменьшился в раз, как и сопротивление (проявление эффекта Миллера).

6.3. Формализованные линейные эквивалентные схемы

Для биполярного транзистора удобно применять систему h-параметров:

;

, где

— входной импеданс (КЗ-выходе);

— комплексный коэффициент передачи тока (КЗ-выходе);

— выходной адмиттанс (ХХ на входе);

— обратный коэф. передачи напряжения (ХХ на входе).

БТ имеет низкий входной импеданс и высокий — выходной.

Поэтому при измерениях h-параметров удобно осуществлять режим КЗ на выходе и ХХ — на входе.

Для идеального транзистора (, , , ):

; ; ; ;

; ; ; ; .

6.4. Частотные свойства биполярного транзистора

Характерные частоты БТ:

Верхняя граничная частота в схеме ОБ : .

Верхняя граничная частота в схеме ОЭ : .

Предельная частота (в схеме ОЭ) : .

Приближенная экв. схема для определения f_mB

Опущены элементы:

генератор э.д.с. , , .

Решая уравнения Кирхгоффа, получим:

;

.

;

; Отсюда:

. (6.4.1)

Таким же образом можно получить приближенные выражения для остальных характерных частот:

; (6.4.2)

. (6.4.3)

Для идеального транзистора (, , , ):

; ; .

Основные результаты

1. Простейшая эквивалентная схема биполярного транзистора строится на основе модели Эберса-Молла. Эта модель не учитывает зависимости коэффициентов _N и _I от токов через переходы, эффект Эрли и распределенный характер сопротивлений тела базы и коллектора.

2. Малосигнальная эквивалентная схема может быть получена путем линеаризации элементов эквивалентной схемы для большого сигнала. Дополнительные элементы учитывают более тонкие эффекты.

3. Для аналитических расчетов удобно использовать специальную эквивалентную схему для включения ОЭ, в которой управляемый генератор тока зависит от тока базы.

4. Формализованная эквивалентная схема для малого сигнала использует систему h-параметров.

5. Характерные частоты транзистора определяются соотношениями (6.4.1) – (6.4.3).