1.3 Схемы замещения и параметры транзистора

Для аналитического расчета цепей с транзисторами широко используют схемы замещения. В основном используются физические и формализованные схемы. В физической схеме параметры связаны с физическими (собственными) параметрами транзистора. На рис. 5 показана Т-образная схема для переменных токов и напряжений для схемы включения ОЭ. Она справедлива для линейного режима входных и выходных ВАХ транзистора, на которых параметры транзистора можно считать неизменными.

Здесь г_э — дифференциальное сопротивление перехода эмиттер-база

г_э = dU_Э/dI_Э |При U_КЭ = const.

5

I_К мА I_К Р_к.доп

₆ I_Б4(50^о_С)

I_КТ I_Б5

₅ I_{К5 * 5}

∆I_К I_{Б4 (20}^о_С)

⁴ I_{К4 4} ∆I^*_К

I_Б3 = const

³ ∆U_КЭ = (10 – 5) = 5 В

∆I_{Б 2 *} I_Б2

I _Б U_КЭ

м кА I_Б5 I_Б4 5 10 В

а) б)

I_Б I_К I_Бmax

t = 50⁰С I_Кmax

I_БТ U_кэ = 5 В

t = 20⁰С I_Брт

I_Б5 I⁰_К рт

I_Брт ∆I_Б = (I_Б5 – I_Б4)

I_Б4

∆U_бэ

U_бэ U_КЭ

U_БЭрт мВ U⁰_кэ 15 B

в) г)

Рис. 4. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора

Значение г_э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера

г_э = φ_т/I_Э =0,026/I_Э. 14)

Например, при I_Э = 1 мА, г_э = 26 Ом. Числовое значение г_э лежит в пределах от единиц до десятков Ом. г_б - объемное сопротивление базы. Обычно г_б >> г_э и составляет 100-500 Ом.

Сопротивление

г = dU_КЭ/dI_К |При I_Б = const.

– дифференциальное сопротивление коллекторного перехода. Значения г лежат в пределах 5 – 500 кОм.

– Сэ и емкости эмиттерного и коллекторного переходов. ВI_Б

I_Б г_б г I_К

_Б к

U_БЭ Сэ U_КЭ

г_э I_Э

^Э

Рис. 5. Физическая схема замещения транзистора

6 Входным током в схеме ОЭ является ток базы, в выходную цепь введен источник тока B·I_Б. Дифференциальный коэффициент передачи тока базы

Β = dI_К/dI_Б |При U_КЭ = const.

1.4 Формализованная схема транзистора в h–параметрах

Формализованные модели основаны на представлении транзистора в виде активного четырехполюсника. Он может быть охарактеризован системой дифференциальных уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжения. В зависимости от того, какие величины принять за зависимые, а какие за независимые, возможно шесть схем.

Наиболее широко используется схема h-параметров.

U₁ = h₁₁I₁ + h₁₂U₂

I₂ = h₂₁I₁ + h₂₂U₂.

В общем случае токи и напряжения – гармонические и являются комплексными величинами.

h-параметры транзистора имеют следующий физический смысл: – h₁₁ = U₁/I₁|U₂ =0 - входное сопротивление транзистора в режиме короткого замыкания (к. з.) на выходе для переменного тока; – h₁₂ = U₁/U₂|I₁=0 – коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода (х. х.) на входе для переменного тока; – h₂₁ =I₂/I₁ |U₂=0 - коэффициент передачи тока в режиме к.з. на выходе для переменного тока; – h₂₂ = I₂/I₁|U₂=0— выходная проводимость транзистора в режиме х. х. на входе для переменного тока.

Формальная схема транзистора в h-параметрах представлена на рис.6.

Параметры h – , как и r – параметры являются дифференциальными. Поэтому, если строго, то следовало бы давать им определение в следующем виде: h₁₁ = dU₁/dI₁|U₂ = 0.

I₁ h₁₁ I₂ I₁= I_Б I₂ = I_К

U₁ h₂₁I₁ h₂₂ U₂ U₁= U_БЭ U₂ = U_КЭ

h₁₂U₂

Рис. 6. Формализованная модель транзистора

По определению частный дифференциал dU₁ можно заменить приращением ∆U₁. При этом приращение ∆U₁ можно рассматривать как изменение напряжения U₁ – напряжения на входе 4–х полюсника. Под изменением напряжения U₁ можно рассматривать изменение напряжения сигнала, но малой амплитуды, в частности, синусоидальной формы. Переход от дифференциала к конечным приращениям позволяет определить h-параметры по ВАХ транзистора.

Значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора. h-параметры транзистора связаны с физическими параметрами, поскольку они отражают свойства одного и того же объекта – транзистора.

7