Эквивалентная схема биполярного транзистора

Эквивалентная схема биполярного транзистора может быть пред-ставлена эквивалентной схемой четырехполюсника с эквивалентным источником тока.

Рис. 10. Эквивалентная схема биполярного транзистора включенного по схеме с общей базой

На этой схеме величина является коэффициентом передачи по току. Данная эквивалентная схема является дифференциальной, так как определяется через отклонения токов , от устойчивых со-стояний I₁, I₂. Данная эквивалентная схема не учитывает такие режи-мы работы транзистора, как насыщение и отсечка.

Для учета этих режимов в эмиттерную и коллекторную цепи эк-вивалентной схемы включают идеальные диоды. Эти диоды обладают в прямом направлении нулевым сопротивлением и бесконечно боль-шим в обратном направлении.

Рис. 11. Полная эквивалентная схема биполярного транзистора

Кроме диодов эквивалентная схема включает емкости эмиттер-ного C_ЭБ и коллекторного C_КБ переходов, которые определяются барь-ерной и диффузионной емкостями переходов.

Эквивалентная схема позволяет аппроксимировать транзистор в пределах всего диапазона характеристик и может применяться как для расчета при большом сигнале, так и для нахождения устойчивой рабо-чей точки.

Расчет параметров элементов эквивалентной схемы транзисторной структуры

Резисторы эквивалентной схемы биполярного транзистора R_Э, R_К, R_Б определяются проводимостью соответственно эмиттерной, коллек-торной и базовой областями транзисторной структуры. Значения этих резисторов определяются:

, (42)

, (43)

, (44)

где S – площадь транзисторной структуры;

l_Э, l_К, l_Б – протяженность эмиттерной, коллекторной и базовой облас-тей соответственно.

Резисторы R_ЭБ, R_КБ определяются сопротивлениями утечки эмит-терного и коллекторного переходов. Величины этих резисторов зави-сят от собственной проводимости полупроводникового материала транзисторной структуры.

, (45)

, (46)

где l_ЭБ, l_КБ – протяженности эмиттерного и коллекторного переходов соответственно.

Емкости C_ЭБ, C_КБ – определяются диффузионными и барьерными емкостями эмиттерного и коллекторного переходов:

, (47)

, (48)

где , – барьерная и диффузионная емкости эмиттерного пе-рехода;

, – барьерная и диффузионная емкости коллекторного пере-хода.

Математическая модель биполярного транзистора и расчет переходов

Рассматривая различные режимы работы транзисторной структу-ры, следует отметить, что в режиме усиления эмиттерный переход яв-ляется открытым, а коллекторный – закрытым.

При насыщении оба перехода являются открытыми, и транзистор представляет собой прибор с малым сопротивлением.

Полные характеристики биполярного транзистора могут быть со-ставлены из двух систем характеристик – характеристик эмиттерного перехода и характеристик коллекторного перехода. Эти характеристи-ки определяются следующими соотношениями:

_{. (49)}

_{. (50)}

Эти соотношения совместно с выражениями для емкостей пере-ходов определяют математическую модель биполярного транзистора.

Соотношение, определяющее зависимость тока эмиттера I_Э от на-пряжения эмиттер-база u_ЭБ получило название входной характеристи-ки транзистора. Семейство входных характеристик обладает малым разбросом при изменении напряжения u_КБ. Это определяется слабым влиянием напряжения коллектор-база на ток эмиттера, на что, и в свою очередь, влияет отрицательный показатель экспоненты.

Соотношение, определяющее зависимость тока коллектора I_К от напряжения коллектор-база, является выходной характеристикой би-полярного транзистора. Эта характеристика в значительной степени зависит от напряжения эмиттер-база.