H – параметры транзистора

При определении переменных составляющих токов и напряжений (т. е. при анализе на переменном токе) и при условии, что транзистор работает в активном режиме, его часто представляют в виде линейного четырехполюсника (рис. 3.8). В четырехполюснике условно изображен транзистор с общим эмиттером.

Рисунок 3.8 Транзистор в виде четырехполюсника

Для разных схем включения транзистора токи и напряжения этого четырехполюсника обозначают различные токи и напряжения транзистора. Например, для схемы с общим эмиттером эти токи и напряжения следующие:

i₁ – переменная составляющая тока базы;

u₁ – переменная составляющая напряжения между базой и эмиттером;

i₂ – переменная составляющая тока коллектора;

u₂ – переменная составляющая напряжения между коллектором и эмиттером.

Транзистор удобно описывать, используя так называемые h-параметры.

Входное сопротивление транзистора для переменного сигнала (при закороченном выходе: u₂=0) :

, аналогично

- коэффициент обратной связи по напряжению.

Режим работы при i₁=0 называют холостым ходом на входе.

- коэффициент передачи тока,

- выходная проводимость.

При этом

,

т. е.

Коэффициенты h_ij определяются опытным путем. Параметры, соответствующие схеме с общим эмиттером, обозначаются буквой «э», а схеме с общей базой – буквой «б».

4. УСИЛИТЕЛИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

В усилителе в качестве активного элемента использован биполярный транзистор. Перед тем, как подавать на вход усилителя сигнал, подлежащий усилению, необходимо обеспечить начальный режим работы (статический режим, режим по постоянному току, режим покоя). Начальный режим работы характеризуется постоянными токами электродов транзистора и напряжениями между этими электродами.

Для характеристики проблемы обеспечения начального режима рассматривают следующие три схемы:

• с фиксированным током базы;

• с коллекторной стабилизацией;

• с эмиттерной стабилизацией.

Схема с фиксированным током базы (рис. 9.9).

Рис. 9.9. Схема включения транзистора с фиксированным током базы

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

.

Отсюда находим ток коллектора i_K:

,

что соответствует линейной зависимости вида .

Это уравнение описывает так называемую линию нагрузки. Изобразим выходные характеристики транзистора и линию нагрузки (рис. 9.10).

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

.

Отсюда находим ток базы i_б:

.

Учитывая, что u_бэ<<Е_к, пренебрежем напряжением u_бэ. Тогда .

Рис. 9.10. Выходные характеристики транзистора с линией нагрузки

Таким образом, в рассматриваемой схеме ток iб задается величинами E_к и R_б (ток «фиксирован»). При этом .

Пусть i_б=i_б2. Тогда начальная рабочая точка (НРТ) займет то положение, которое указано на рис. 9.10. Видно, что самое нижнее возможное положение начальной рабочей точки соответствует точке Y (режим отсечки, i_б=0), а самое верхнее положение – точке Z (режим насыщения, i_б ≥ i_б4).

Схему с фиксированным током базы используют редко по следующим причинам:

• при воздействии дестабилизирующих факторов (например, температуры) изменяются величины и , что изменяет токI_кн и положение начальной рабочей точки;

• для каждого значения необходимо подбирать соответствующее значениеR_б, что нежелательно при использовании как дискретных приборов (т. е. приборов, изготовленных не по интегральной технологии), так и интегральных схем.

Схема с коллекторной стабилизацией (рис. 9.11). Эта схема обеспечивает лучшую стабильность начального режима.

Рис. 9.11. Схема включения транзистора с коллекторной стабилизацией

В схеме имеет место отрицательная обратная связь по напряжению (выход схемы – коллектор транзистора соединен со входом схемы – базой транзистора с помощью резистора R_б). При увеличении тока i_к (например, из-за повышения температуры) начинает увеличиваться напряжение u_Rк. Это приведет к уменьшению напряжения u_кэ и тока i_б (), что будет препятствовать значительному увеличению токаi_к, т. е. будет осуществляться стабилизация тока коллектора.

Схема с эмиттерной стабилизацией (рис. 9.12). Основная идея, реализованная в схеме, состоит в том, чтобы зафиксировать ток i_э и через это – ток i_к . С указанной целью в цепь эмиттера включают резистор R_э и создают на нем практически постоянное напряжение u_Rэ. При этом оказывается, что:

.

Для создания требуемого напряжения u_Rэ используют делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂.

Рис. 9.12. Схема включения транзистора с эмиттерной стабилизацией

Резисторы R₁ и R₂ выбирают насколько малыми, что величина тока i_б практически не влияет на величину напряжения u_R2. При этом

.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа u_Rэ = u_R2 – u_бэ .

При воздействии дестабилизирующих факторов величина u_бэ изменяется мало, поэтому мало изменяется и величина u_Rэ. На практике обычно напряжение u_Rэ составляет небольшую долю напряжения Е_к.

Различают следующие режимы работы транзистора (классы работы): А, АБ, В, С и D. Рассматриваемые RC – усилители обычно работают в режиме А. В режиме А ток коллектора всегда больше нуля (i_к > 0). При этом он увеличивается или уменьшается в зависимости от входного сигнала. В режиме В ток I_кн=0, поэтому ток коллектора может только увеличиваться. При синусоидальном входном сигнале в цепи коллектора протекают положительные полуволны тока. Режим АВ является промежуточным между режимами А и В. В режиме С на вход транзистора подается начальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора в каждый период входного сигнала ток протекает в течение времени, меньшего чем половина периода. Режимом D называют ключевой режим работы (транзистор находится или в режиме насыщения, или в режиме отсечки).