2.2.5. Транзистор як активний чотирьохполюсник.

Я к вже відзначалось в ч. 2, п. 2.2.3, транзистор в загальному випадку уявляє собою активний нелінійний чотирьохполюсник¹. На рис. 2.25 показано уявлення транзистора як чотириполюсника при його включенні за схемою із спільною базою (рис. 2.25-а), за схемою із спільним емітером (рис.2.25-б) та за схемою із спільним колектором (рис. 2.25-в). Транзистор, як це було показано в ч. 2, п. 2.2.4, можна схарактеризувати сімейством нелінійних статичних характеристик, що зв’язують величини постійних напруг U₁, U₂ і струмів І₁, І₂ на вході і виході транзистора. Всі ці чотири величини взаємопов’язані, причому достатньо задати дві з них, щоб однозначно визначити за статичними характеристиками дві інші величини. Величини, значення яких задаються, є незалежними змінними. Дві інші величини є функціями незалежних змінних.

Якщо за незалежні величини обрати І₁ і U₂, а як залежні – U₁ і І₂, то можна записати

U₁ = f₁(I₁, U₂), I₂ = f₂(I₁, U₂).

Диференціюючи величини U₁ і І₂ по І₁ і U₂, отримаємо такі рівняння:

Позначимо

Якщо на постійні складові струмів і напруг накласти достатньо малі сигнали змінних напруг u або струмів і в межах лінійних частин характеристик для приростів U₁ і І₂, то можна записати рівності

U₁ = h₁₁ І₁ + h₁₂ U₂,

І₂ = h₂₁ І₁ + h₂₂ U₂,

де h_ij – відповідні часткові похідні, які можуть бути знайденими із сімейства вхідних і вихідних характеристик транзистора.

Малим сигналом вважається сигнал, збільшення амплітуди якого на 50% призводить до збільшення величини вимірюваного параметра не більше як на 10%. Введення поняття «малий сигнал» дозволяє розглядати транзистор як лінійну систему із всіма перевагами, зокрема, полегшують виведення формул, розуміння фізики процесів, розрахунки численного класу схем.

Коефіцієнти h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂, що входять в наведені вище рівняння, називаються h-параметрами транзистора. Кожний із цих параметрів має певний фізичний зміст.

Так, параметр h₁₁ уявляє собою величину вхідного опору транзистора при незмінній напрузі на виході (U₂ = const) і вимірюється в омах:

h₁₁ = U₁ / І₁ при U₂ = const і U₂ = 0.

Параметр h₁₂ дорівнює відношенню зміни вхідної напруги U₁ до відповідної зміни вихідної напруги U₂ при незмінному вхідному струмі:

h₁₂ = U₁ / U₂ при І₁ = const і І₁ = 0.

Безрозмірний параметр h₁₂ характеризує міру впливу вихідної напруги на режим вхідного кола транзистора. Тому він називається коефіцієнтом зворотного зв’язку за напругою. В більшості випадків h₁₂ = 0,002  0,0002, тому при практичних розрахунках його можна покладати рівним нулю.

Параметр h₂₁ дорівнює відношенню зміни вихідного струму І₂ до зміни вхідного струму І₁, що її викликала, при незмінній напрузі на виході (U₂ = const):

h₂₁ = І₂ / І₁ при U₂ = const і U₂ = 0.

Цей параметр – безрозмірний коефіцієнт передачі за струмом, характеризує підсилювальні властивості (за струмом) транзистора при постійній напрузі на колекторі і називається коефіцієнтом підсилення за струмом.

Параметр h₂₂ уявляє собою вихідну провідність транзистора при незмінному вхідному струмі і відповідно вимірюється в Сіменсах (мікросіменсах)

h₂₂ = І₂ / U₂ при І₁ = const і І₁= 0.

h–параметри знаходять широке застосування при розрахунку транзисторних низькочастотних схем. Ці параметри легко визначаються експериментально, а також графічним шляхом за статичними характеристиками транзистора.

Як приклад розглянемо визначення h-параметрів n-p-n транзистора для схеми із спільною базою за вхідними (рис. 2.26-а) і вихідними (рис. 2.26-б) характеристиками.

а) б)

Рис. 2.26.

На вхідних характеристиках транзистора будується характеристичний трикутник abc (рис. 2.26-а), з якого знаходиться

h_11(СБ) = U_ЕБ / І_Е [Ом] при U_КБ = 0, де U_ЕБ = bc, І_Е = ab.

З цього ж трикутника визначається

h_12(СБ) = U_ЕБ / U_КБ при І_Е = 0, де U_ЕБ = bc, U_КБ = U_КБ 1 – U_КБ 0.

Параметри h_21(СБ) і h_22(СБ) визначаються за вихідними характеристиками (рис. 2.26-б). Побудувавши характеристичний трикутник dfk, знаходимо

h_21(СБ) = I_К / І_Е при U_КБ = 0, де I_К = ed, І_Е = І_Е2 – І_Е1.

h_22(СБ) = I′_К / U_КБ [См] при І_Е = 0, де I′_К = fk, U_КБ = dk.

Як довідниковий матеріал наведемо формули, що зв’язують h-параметри транзистора для трьох схем його включення:

h_11(СБ) = h_11(СЕ) / (1 + h_21(СЕ)),

h_12(СБ) = h_11(СЕ) h_22(СЕ) / (1 + h_21(СЕ)),

h_21(СБ) = – h_21(СЕ) / (1 + h_21(СЕ)),

h_22(СБ) = h_22(СЕ) / (1 + h_21(СЕ)),

h_11(СК) = h_11(СЕ),

h_12(СК) = 1 / (1 + h_12(СЕ)),

h_21(СК) = – (1 + h_21(СЕ)),

h_22(СК) = h_22(СЕ).