- •Глава 5 биполярные транзисторы
- •5.1. Принцип действия биполярного транзистора. Режимы работы
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе
- •5.1.3. Влияние режимов работы бт на токи электродов
- •5.2. Электрическая модель биполярного транзистора в статическом режиме (модель Эберса - Молла)
- •5.3. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •5.3.1. Схема с общей базой
- •5.3.2. Схема с общим эмиттером
- •5.3.3. Влияние температуры на статические характеристики бт
- •5.3.4. Зависимость коэффициентов передачи тока от электрического режима работы бт
- •5.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора в статическом режиме
- •5.5. Квазистатический режим биполярного транзистора в усилительном каскаде
- •5.5.1. Графоаналитическое рассмотрение при большом сигнале
- •5.5.2. Биполярный транзистор в квазистатическом режиме как линейный четырехполюсник
- •5.6. Нелинейная и линейная динамические модели биполярного транзистора
- •5.6.1. Нелинейная динамическая модель биполярного транзистора
- •5.6.2. Линейная (малосигнальная) модель биполярного транзистора
- •5.7. Частотные свойства биполярного транзистора
- •5.7.1. Постановка задачи
- •5.7.2. Зависимость коэффициента инжекции
- •5.7.3. Зависимость коэффициента переноса от частоты
- •5.7.4. Частотная зависимость эффективности коллекторного перехода
- •5.7.5. Частотная зависимость коэффициента передачи тока в схеме с общей базой
- •5.7.6. Частотная зависимость коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером
- •5.7.7. Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов
- •5.8. Переходные процессы в биполярном транзисторе и простейшем ключе на его основе
- •5.8.1. Переходные процессы в биполярном транзисторе при скачке входного тока
- •В установившемся режиме
- •5.8.2. Статический режим ключевой схемы на биполярном транзисторе
- •5.8.3. Переходные процессы в простейшем ключе в схеме с оэ
- •5.9. Шумы биполярных транзисторов
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 СЭ и коллекторного перехода СК (рис. 5.22). Каждая из этих емкостей складывается из барьерной и диффузионной емкостей переходов:
СЭ= СЭ б + СЭ дф; СК= СК б + СК дф
где СЭ б, СК б – барьерные емкости переходов, учитывающие токи смещения, а СЭ дф, СК дф – диффузионные емкости в областях вне границ переходов.
Параллельное соединение безынерционного диода, представляющего собой ВАХ эмиттерного перехода, и емкости СЭ – это нелинейная электрическая модель «изолированного» эмиттерного перехода. Добавление к этой модели зависимого генератора тока αII'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 αN инверсного активного режима αI соответствуют статическому режиму работы БТ, т.е. являются параметрами» не зависящими от частоты сигнала.
Значения барьерной и диффузионной компонентов емкостей СЭ и СК 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 СЭ и СК). 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.