Эквивалентные схемы замещения транзисторов

Эквивалентные схемы (модели) необходимы для проведения анализа и синтеза электро- и радиотехнических схем

Рассматриваемые далее эквивалентные схемы можно использовать при условии:

• транзистор работает в линейном режиме,

• изменения токов и напряжений малы по амплитуде,

• нелинейные ВАХ можно заменить линейными,

• параметры транзистора в общем случае являются дифференциальными.

Используют: - физическую Т-образную эквивалентную схему,

• формальную модель: в h-параметрах, в Z-параметрах, в R-параметрах.

Физическая Т-образная эквивалентная схема

Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий эмиттер (ОЭ).

Установим в центре базы теоретическую точку.

Между точкой и выводом базы Б имеется распределенное объемное сопротивление базы. Обозначим его символом r_б.

Между точкой и выводом базы имеется распределенное объемное сопротивление базы. Обозначим его символом r_б.

Эквивалентная схема составлена для постоянного тока.

Схему можно распространить и для переменного тока, приняв допущения:

• амплитуда переменной составляющей тока и напряжения много меньше величины постоянной составляющей,

• нелинейные ВАХ считаем линейными.

- дифференциальное сопротивление перехода Э-Б, включенного в прямом направлении.

φ_Т – температурный потенциал p-n-перехода.

При температуре 20 ºС = 0,025В или 25мВ Если задан ток эмиттера I_э = 1 мА, то

r_э = 25 Ом.

- барьерная емкость коллекторного перехода при включении транзистора по схеме ОЭ.

Наличие в схеме реактивного элемента в виде емкости говорит о том, что в общем виде схема является частотнозависимой.

являются генераторами тока, обеспечивая ток коллектора.

Ток В·I_б >> , поэтому во многих случаях анализа схем обратный ток можно не учитывать.

Ток также можно не учитывать, т.к. сопротивление r_K относительно большое Поэтому во многих случаях анализа схем используют соотношение.

I_К = В·I_б

Таким образом, получена обычная электротехническая цепь, состоящая из пассивных и активных элементов.К ней применимы все законы электротехники, позволяющие проводить анализ и синтез цепей

Генератор тока В·I_б можно заменить генератором напряжения на основании теоремы об эквивалентном генераторе. Тогда в схеме останутся генераторы напряжений.Недостаток модели состоит в том, что r-параметры можно получить только теоретически, расчетным путем

Схема включения транзистора ОБ

Ток эмиттера является управляющим, ток коллектора – управляемым.

Транзистор как линейный четырехполюсник Формальная модель

Недостаток физической схемы состоит в том, что r-параметры можно получить только теоретически, расчетным путем.

Модель применима при условии:

- транзистор работает в линейном режиме,

изменения токов и напряжений малы по амплитуде,

- нелинейные ВАХ можно заменить линейными.

Наибольшее распространение получила система в h-параметрах (комбинированная система). Наибольшее применение в схемотехнике получила схема включения транзистора ОЭ. Поэтому рассмотрим параметры применительно к такой схеме включения.

Рассмотрим систему уравнений. В общем виде уравнения системы нелинейные. Учитывая введенные ранее ограничения, уравнения будем считать линейными.

Представим четырехполюсник в виде системы линейных дифференциальных уравнений.

Полный дифференциал можем заменить частным дифференциалом. От частного дифференциала по определению можно перейти к приращению ∆. От приращений согласно договоренностей перейдем к переменным токам и напряжениям малой амплитуды в частности синусоидальной формы.

Примем, что U₂ = 0, - режим короткого замыкания на выходе (КЗ).

Запишем систему уравнений четырехполюсника

Примем, что токи и напряжения малой амплитуды переменного тока

На основании системы уравнений составим электрическую схему четырехполюсника

Упростим электрическую схему четырехполюсника

Напряжение генератора h₁₂·U₂ << U_ВХ.

Поэтому во многих случаях анализа схемы напряжением генератора можно пренебречь

Сменим индексы токов и напряжений

Найдем связь между h- и r-параметрами

При анализе и синтезе электронных схем приходится оперировать как h- так и r-параметрами.

Коэффициент передачи по току для схемы включения ОЭ

h₂₁ = В, где В – статический коэффициент передачи тока базы.

h₂₁ = α где α – статический коэффициент передачи тока эмиттера.

Способы получения h- параметров

h-параметры можно получить экспериментальным путем:

• прямым измерением, с помощью вольт-амперных характеристик.

h- параметры

ВАХ транзистора существенно нелинейные.

Поэтому значение h-параметров зависит от точки, в которой они определяются.

Изменение температуры также влияет на вид и положение ВАХ транзистора.

Поэтому значение h-параметров зависит и от температуры.

Эти зависимости приводятся в справочной литературе.

В справочной литературе приводятся также таблицы переводов из одной системы параметров в другие системы, для схемы включения транзистора ОБ и ОЭ.