5.6. Нелинейная и линейная динамические модели биполярного транзистора

5.6.1. Нелинейная динамическая модель биполярного транзистора

Наиболее распространенной нелинейной моделью БТ для ди­намического режима является модель, основанная на статической модели Эберса-Молла. Инерционные свойства БТ учитываются путем включения емкости эмиттерного перехода С_Э и коллекторно­го перехода С_К (рис. 5.22). Каждая из этих емкостей складывается из барьерной и диффузионной емкостей переходов:

С_Э= С_{Э б} + С_{Э дф}; С_К= С_{К б} + С_{К дф}

где С_{Э б}, С_{К б} – барьерные емкости переходов, учитывающие токи смещения, а С_{Э дф}, С_{К дф} – диффузионные емкости в областях вне границ переходов.

Параллельное соединение безынерционного диода, предста­вляющего собой ВАХ эмиттерного перехода, и емкости С_Э – это нелинейная электрическая модель «изолированного» эмиттерно­го перехода. Добавление к этой модели зависимого генератора тока α_II'_К, учитывающего собирающее действие эмиттерного пе­рехода для носителей, инжектированных коллектором, превра­щает эту часть схемы в нелинейную электрическую модель реаль­ного эмиттерного перехода в транзисторе. То же можно сказать и о коллекторном переходе.

Полученная схема соответствует прямому включению обоих пе­реходов в статическом режиме, т.е. режиму насыщения или двухсто­ронней инжекции. Заметим, что при таком изображении нелинейной модели коэффициенты передачи в зависимых генераторах нор­мального активного режима α_N инверсного активного режима α_I соответствуют статическому режиму работы БТ, т.е. являются параме­трами» не зависящими от частоты сигнала.

Значения барьерной и диффузионной компонентов емкостей С_Э и С_К зависят от напряжения на переходах, что усложняет про­цесс анализа и расчеты в динамическом режиме, когда эти вели­чины изменяются. Кроме того, необходимо учитывать, что емко­сти не изменяются мгновенно с изменениями напряжения, а обла­дают собственной инерционностью. Объясняется это тем, что формирование емкостей (изменение зарядов) связано с движени­ем носителей заряда и такими понятиями, как время жизни, время пролета, время максвелловской релаксации.

Обратим внимание еще на одно принципиальное отличие ди­намической модели от статической модели Эберса-Молла. Ста­тическая модель является универсальной в том смысле, что она без изменений применима для всех схем включения БТ и всех ре­жимов работы (нормального активного, инверсного активного, от­сечки и насыщения). Используя уравнения этой модели, можно определить все токи и статические характеристики, предвари­тельно вычислив напряжения на переходах. Практически при ис­следовании какого-либо режима схема может существенно упро­щаться, так как удобнее выражать токи зависимых генераторов в каждой схеме со своим управляющим воздействием и своим ко­эффициентом передачи тока.

Рассмотрим схемы включения БТ с общей базой и общим эмит­тером. Входной сигнал в динамическом режиме подается между об­щим и входным электродами. Входным электродом будут эмиттер в схеме с ОБ и база в схеме с ОЭ. Цепь, в которую входят общий и входной электроды, называют входной. Цепь, содержащую общий электрод и коллектор, называют выходной, а сам коллектор – выход­ным электродом. В коллекторную (выходную) цепь включают нагруз­ку, на которой создается выходной сигнал или отклик на управляю­щее воздействие во входной цепи.

Внешнее отличие динамической модели БТ от статической состоит в наличии в первой реактивных элементов (емкостей С_Э и С_К). Очевидно, что отклик в выходной цепи (или переход­ный процесс) будет зависеть от того, между какими элемента­ми или точками модели включается входной сигнал (генератор сигнала), так как реактивные параметры модели будут влиять по-разному.