Понятие о динамическом режиме.

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выход-

ной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напря- жения будет вызывать изменение выходного напряжения.

Iк

 

VT1

 

 

Rк URК

 

Rн

Uвх

 

Eб Eк

 

Рис. 76

На Рис. 76 резистор Rк – это коллекторная нагрузка для транзистора, включённого по схеме с

ОЭ, обеспечивающая динамический режим работы. Eк = URк + Uкэ

URк = Iк ∙ Rк

Eк = Uкэ + Iк ∙ Rк

Uкэ = Eк - Iк ∙ Rк – уравнение динамического режима работы транзистора.

 

2) Динамические характеристики и понятие рабочей точки. Уравнение динами- ческого режима является уравнением выходной динамической характеристики. Так как это уравнение линейное, выходная динамическая характеристика представляет собой прямую ли- нию и строится на выходных статических характеристиках (смотрите Рис. 77).

Iб4

IК

IКН

 

Iб3

 

 

 

IКо

РТ Iб2

 

Iб1

 

 

 

UКЭо

 

 

URК

Eк

 

Uкэ

 

Рис. 77

Две точки для построения прямой находятся из начальных условий.

Iк при Uкэ=0 называется током коллектора насыщения. Выходная динамическая характери- стика получила название нагрузочной прямой. По нагрузочной прямой можно построить вход- ную динамическую характеристику. Но поскольку она очень близка к входной статической ха- рактеристике при Uкэ>0, то на практике пользуются входной статической характеристикой. Точка пересечения нагрузочной прямой с одной из ветвей выходной статической характери- стикой для заданного тока базы называется рабочей точкой транзистора. Рабочая точка позво- ляет определять токи и напряжения, реально существующие в схеме.

3) Ключевой режим работы транзистора (транзистор в режиме ключа). В за- висимости от состояния p-n переходов транзисторов различают 3 вида его работы:

Режим отсечки. Это режим, при котором оба его перехода закрыты (и эмиттерный и

коллекторный). Ток базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет равен обрат- ному току. Уравнение динамического режима будет иметь вид:

Uкэ = Eк - Iкбо ∙ Rк

Произведение Iкбо ∙ Rк будет равно нулю. Значит, Uкэ → Eк.

 

 

 

IК

IКН

 

 

РТ.нас

Iб4max

 

Iб3

 

II III

 

 

Iб2

 

Iб1

 

РТ.отс

 

 

UКЭ.нас

UКЭ.отс

 

 

Рис. 78

Eк Uкэ

 

 

I

 

Режим насыщения – это режим, когда оба перехода – и эмиттерный, и коллекторный открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов, ток базы будет максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения.

Iб = max; Iк ≈ Iк.н.; Uкэ = Eк – Iк.н ∙ Rн

Произведение Iк.н ∙ Rн будет стремиться к Eк. Значит, Uкэ → 0.

 

Линейный режим – это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт.

Iб.max > Iб > 0; Iк.н > Iк > Iкбо

Eк > Uкэ > Uкэ.нас

 

Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, ми- нуя линейный режим.

+Eк

 

 

Rк

 

Eвых

 

Rб

 

Uв х

 

 

 

t1 t2 t

 

 

Uвх

VT1

 

Iб

Uв ы х

Е к

 

t

 

 

t

Рис. 79 Рис. 8 0

 

Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально допу- стимого значения. В промежуток времени от 0 до t1 входное напряжение и ток базы близки к нулю, и транзистор находится в режиме отсечки. Напряжение Uкэ, является выходным и будет близко к Eк. В промежуток времени от t1 до t2 входное напряжение и ток базы транзистора

становятся максимальными, и транзистор перейдёт в режим насыщения. После момента вре- мени t2 транзистор переходит в режим отсечки.

Вывод: транзисторный ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу сигнала на 180º.

 

 

Система h-параметров транзистора

Y-параметры

 

H-параметры и их физический смысл

Определение h-параметров по статическим характеристикам

Y-параметры транзисторов

 

 

1) h-параметры и их физический смысл. В системе h-параметров в виде независимых переменных приняты входной ток и выходное напряжение. В этом случае зависимые перемен- ные U1 = f (I1, U2); I2 = f (I1, U2). Полный дифференциал функций U1 и I1 равен

 

dU1 = дU1 × dI1  дU1 × dU2

{ дI1

 

дU2

dI2 = дI2 × dI1  дI2 × dU2

 

дU1 = hдI1 11

дI1

дU2

 

дU1 = hдU2 12

 

дI2 = h

дI1 21

 

дI2 = hдU2 22

 

dU1 = h 11× dI1  h 12× dU2 dI2 = h 21× dI1  h 22× dU2

 

 

Перейдём от бесконечно малых приращений dU1, dI1, dU2, dI2 к конечным приращениям. По- лучим:

 

D U 1 = h 1 1 × D I 1 + h 12 × D U 2

D I 2 = h 21 × D I 1+ h 2 2 × D U 2

В режиме малого сигнала приращение постоянных составляющих ΔU1, ΔI1, ΔU2 и ΔI2 можно заменить амплитудными значениями переменных составляющих этих же токов и напряжений. Получим:

 

Um 1 = h 11 × Im1 + h 1 2 × D Um 2

 

Im2 = h 21 ×Im1+ h 22 × Um 2

 

 

(1)

 

 

В первом уравнении системы (1) приравняем Um2 к 0. Получим: Um1 = h11 ∙ Im1 Þ h11 = Um1 / Im1

h11 – это входное сопротивление транзистора при Um2 = 0 то есть при коротком замыкании в

выходной цепи по переменному току (конденсатором).

В первом уравнении системы (1) приравняем Im1 к 0. Получим:

 

Im1 = 0

Um 1= h 12 × Um 2 Þ h 12 = Um 1

Um 2

 

h12 – представляет собой коэффициент обратной связи на холостом ходу во входной цепи по переменному току. Коэффициент обратной связи показывает степень влияния выходного напряжения на входное (катушкой индуктивности).

Во втором уравнении системы (1) приравняем Um2 к 0. Получим:

 

Um2 = 0

Im2 = h21 ∙ Im1 h21 = Im2 / Im1

 

h21 – коэффициент усиления по току транзистора или коэффициент передачи тока при ко- ротком замыкании выходной цепи по переменному току.

Приравняем во втором уравнении системы (1) Im1 к 0. Получим:

 

Im2 = h22 ∙ Um2 h22 = Im2 / Um2

 

h22 – выходная проводимость на холостом ходу во входной цепи.

 

2) Определение h-параметров по статическим характеристикам. Так как стати- ческие характеристики транзисторов измеряются только на постоянном токе, то при определе- нии амплитудных параметров токов и напряжений представим в виде приращения постоянных составляющих.

 

h 11 =D U 1 при U 2 = Const

D I 1

 

h 12 =D U 1 при I 1 = Const

D U 2

 

h 21 =D I 2 при U 2 = Const

D I 1

 

h 22 =

D I 2

D U 2

 

при I 1 = Const

 

Величины h11 и h12 определяются по входным характеристикам транзистора. Рассмотрим гра- фоаналитическое определение h параметров на примере схемы с общим эмиттером. Ввиду того, что транзистор всегда работает с входным током, требуется пользоваться входными и выходными характеристиками (смотрите Рис. 85 – 87). Будем считать, что нагрузочное сопро- тивление каскада будет одинаковым и для постоянного, и для переменного тока. Требуемый h- параметр рассчитывается из приведённых ниже формул. Из рисунков видно, что подставляе- мые в формулы данные находятся путём проекции точек на оси координат.

 

 

Iб

 

 

Iб2

 

Uкэ1=0 Uкэ2>0

Iб

 

I б ё = coё n s t

 

Uкэ1=0 Uкэ2>0

1 2

 

 

Iб1

 

Uбэ1 Uбэ2 Uбэ

Рис. 85

Uбэ1 Uбэ2 Uбэ

Рис. 86

 

Iк Iб4

 

 

2 Iб3

 

Iк

 

 

Iк2

 

 

Iб3

 

 

Iб2=const

Iк2

 

 

Iк1

Iк1 2

 

1 Iб2

 

 

Iб1

Iб1

 

 

Uкэ=const

a)

 

h 11 э =D Uб при U кэ =Const

D Iб

Uкэ

 

Рис. 87

Uкэ1

б)

Uкэ2

Uкэ

 

 

h 1 1 э =

U бэ2 - U бэ1

Iб 2 - Iб 1

 

h 12 =D U бэ при Iб =Const

D U кэ

h 12 э = U бэ2- U бэ1 = U бэ2- U бэ1

 

т.к. U кэ1=0

U кэ2 - U кэ1

U кэ2

 

Параметры h21 и h22 определяются по выходным характеристикам (смотрите Рис. 87).

 

h21э =Iк2-Iк1

Iб3-Iб2

 

h21э =Iк 2 -Iк1

DIб

 

 

h22э =

DIк

D U кэ

 

при I б = Const

 

 

h22э =

Iк 2 - Iк1

U к э 2- Uк э 1

 

Y-параметры транзисторов.

Параметры транзисторов являются величинами, характеризующими их свойства. С помощью

параметров можно оценивать качество транзисторов, решать задачи, связанные с применением транзисторов в различных схемах, и рассчитывать эти схемы.

Для транзисторов предложено несколько различных систем параметров, у каждой свои досто- инства и недостатки.

Все параметры делятся на собственные (или первичные) и вторичные. Собственные характе- ризуют свойства самого транзистора, независимо от схемы его включения, а вторичные пара- метры для различных схем включения различны. Основные первичные параметры: коэффици- ент усиления по току α, сопротивления rб, rэ, rк.

Y-параметры относятся ко вторичным параметрам. Они имеют смысл проводимостей. Для низких частот они являются чисто активными и поэтому их иногда обозначают буквой g с со- ответствующими индексами.

Все системы вторичных параметров основаны на том, что транзистор рассматривается как четырёхполюсник (2 входа и 2 выхода). Вторичные параметры связывают входные и выход- ные переменные токи и напряжения и справедливы только для малых амплитуд. Поэтому их ещё называют низкочастотными малосигнальными параметрами.

Входная проводимость: y11 = ΔI1 / ΔU1, U2 = Const. Проводимость обратной связи: y12 = ΔI1 / ΔU2, U1 = Const.

Параметр y12 показывает, какое изменение тока I1 получается за счёт обратной связи при из- менении выходного напряжения U2 на 1В. Проводимость управления (крутизна): y21 = ΔI2 / ΔU1, U2 = Const.

Величина y21 характеризует управляющее действие входного напряжения U1 на выходной ток

I2 и показывает изменение I2 при изменении U1 на 1В. Выходная проводимость:

y22 = ΔI2 / ΔU2, U1 = Const. В систему y-параметров иногда добавляют ещё статический коэф- фициент усиления по напряжению

μ = - ΔU2 / ΔU1 при I2= Const. При этом μ = y21 / y22.

Достоинство y-параметров - их сходство с параметрами электронных ламп. Недостаток – очень трудно измерять y12 и y22, т. к. надо обеспечить режим КЗ для переменного тока на вхо- де, а измеряющий микроамперметр имеет сопротивление, сравнимое с входным сопротивле- нием самого транзистора. Поэтому гораздо чаще используют смешанные (или гибридные) h параметры, которые удобно измерять и которые приводят во всех справочниках.

Температурные и частотные свойства транзисторов. Фототранзисторы