Сравнение схем включения бпт

Эквивалентные схемы и параметры транзистора для режима малого сигнала

При анализе транзисторных усилительных каскадов, работающих в режиме малых сигналов, могут быть использованы линейные электрические модели  эквивалентные электрические схемы.

Малым называется уровень входного (выходного) сигнала, при котором происходит относительно небольшое отклонение (не превышающее 20...30%) положения точки режима работы транзистора на графике статической входной (выходной) ВАХ относительно её положения в состоянии покоя.

Эквивалентные расчетные Т-образные схемы замещения транзистора p-n-p-типа при работе в активном режиме усиления малых сигналов низких частот в случае его включений по схеме с ОБ имеют вид, показанный на рис. 7, а по схеме с ОЭ – на рис. 8.

Эквивалентные схемы соответствуют внутренней структуре кристалла полупроводника транзистора. Эмиттерный переход представлен элементами ,и генератором ЭДСа коллекторный переход – элементами,и источником токадля схемы включения транзистора с ОБ ии источникомпри его включении с ОЭ. Сопротивления,,являются дифференциальными сопротивлениями эмиттерного и коллекторногоp-n-переходов, а эквивалентные конденсаторы ,,отражают ёмкостные свойства этих переходов.

Объёмное сопротивление базы определяется геометрическими параметрами и удельным электрическим сопротивлением базовой области.

Эквивалентный генератор ЭДС введён для учёта эффекта модуляции толщины базы, причемдля схемы с ОБ илидля схемы с ОЭ,– коэффициент внутренней обратной связи транзистора по напряжению.

Рис. 7

Рис. 8

Значение определяется из графиков семейства статических входных ВАХ. Обычно, поэтому значениемможно пренебречь.

Эквивалентные источники тока иучитывают усили-тельные свойства транзистора и соответствуют явлению инжекции свободных носителей заряда из эмиттера в коллектор через базу (;).

Дифференциональное сопротивление эмиттерного перехода с достаточной для практики точностью можно оценить по формуле, определяющей дифференциональное сопротивление p-n-перехода, смещенного в прямом направлении, т. е.

,

где – постоянная составляющая тока эмиттера. Например, при комнатной температуре и токе =1 мА сопротивление=25 Ом.

Дифференциональное сопротивление коллекторного перехода (или) велико (порядка 1 МОм) и в основном обусловлено влиянием эффекта модуляции толщины базы, оно обычно уменьшается с ростом рабочих токов.

Так как входным в схеме ОЭ (рис. 8) является ток базы, который в (1+) раз меньше тока эмиттера, то при переходе от схемы ОБ (рис. 7) к схеме ОЭ (рис. 8) в (1+) раз уменьшается не только активное, но и емкостное сопротивление коллекторного перехода. Это означает, что сопротивлениеи емкостьсхемы ОЭ связаны сисхемы ОБ следующими соотношениями:

, .

Объемное сопротивление базы определяется в направлении прохождения базового тока в слое базы от границы с эмиттерным переходом. Базовый слой является сравнительно высокоомным и обычно>. Числовое значениезависит от типа транзистора и составляет 100...400 Ом.

Емкости ,эмиттерного и коллекторного переходов, так же как и емкости одиночногоp-n-перехода, равны сумме барьерной и диффузионной емкостей соответствующего перехода. Значение барьерной емкости зависит от напряжения смещения р-п-перехода, в частности, при прямом смещении барьерная емкость больше, чем при обратном. Следовательно, барьерная емкость эмиттерного перехода больше емкости коллекторного перехода.

В отличие от барьерной емкости, определяемой шириной области объемного заряда р-п-перехода, диффузионная емкость характеризует изменение заряда в базе, вызванное изменением напряжения на переходе. Изменение заряда в базе под действием напряжения на эмиттерном переходе связано с инжекцией носителей заряда в базе, а под действием напряжения на коллекторном переходе – с эффектом модуляции толщины базы. Для того чтобы заряд в базе изменился на одно и то же значение, изменение напряжения на коллекторном переходе должно быть бóльшим, чем изменение напряжения на эмиттерном переходе. Это означает, что диффузионная емкость эмиттерного перехода больше диффузионной емкости коллекторного перехода. Емкость , определяемая преимущественно диффузионной составляющей, равна сотням пикофарад, а емкость, определяемая в основном барьерной емкостью, – десяткам пикофарад. Несмотря на указанное различие в значениях эмиттерной и коллекторной емкостей, влияние емкостина работу транзистора в области повышенных частот проявляется сильнее, чем влияние емкости. Это связано с тем, что емкостьзашунтирована малым сопротивлением, а емкость– большим сопротивлением. Поэтому емкостьнеобходимо учитывать в схемах замещения при частотах, составляющих десятки килогерц, а емкость– на частотах, превышающих десятки мегагерц.При работе на средних частотах (десятки герц – единицы килогерц) емкости переходов не учитывают и в схему замещения не включают.

При работе транзистора на повышенных частотах или с быстроизменяющимися сигналами необходимо учитывать его инерционность, которая обусловлена конечным временем пролета инжектированных эмиттером носителей через базу и временем перезаряда емкостей переходов. При этом появляется зависимость коэффициентов передачи тока иот частоты (скорости) изменения входного сигнала. При повышенных частотах коэффициенты передачи тока становятся комплексными величинамии.

В случае гармонических сигналов комплексные коэффициенты передачи тока идостаточно точно аппроксимируются выражениями

, (5)

, (6)

где и– коэффициенты передачи тока соответственно эмиттера и базы в области средних частот;,‑ граничные частоты, на которых модуль коэффициента передачиилиснижается враз;;;, ‑ постоянные времени коэффициентов передачи тока соответственно эмиттера и базы;;;j – мнимая единица.

Граничная частота (или) является одним из основных параметров транзистора. В зависимости от частотыразличают низкочастотные (), среднечастотные (), высокочастотные () и сверхвысокочастотные () транзисторы.Граничная частота в схеме включения транзистора с ОБ связана с граничной частотойсхемы включения с ОЭ соотношением, т. е. частотные свойства транзистора в схеме ОЭ хуже, чем в схеме ОБ.

Постоянная времени в выражении (5) представляет собой среднее время пролета неосновных носителей в базе от эмиттерного перехода до коллекторного, а постоянная временив выражении (6) определяется эффективным временем жизни неосновных носителей в базе.

Параметры Т-образных эквивалентных схем называются внутренними (физическими), т. к. они хорошо отражают структуру и физические процессы в транзисторе. Однако непосредственные измерения этих параметров проводить затруднительно, т. к. в реальном транзисторе нет доступа к внутреннему узлу, к которому подсоединяются все ветви Т-образных схем замещения.