Первичные параметры транзистора

 

Анализировать схему, содержащую нелинейный элемент (например, транзистор), сложно. Но при определенных условиях транзистор можно заменить эквивалентной схемой, содержащей исключительно линейные элементы (сопротивления, емкости, индуктивности).

Условием замены реального транзистора эквивалентной схемой является малый уровень входного сигнала, т.к. при малых амплитудах входного сигнала можно пренебречь нелинейностью ВАХ и считать малые участки ВАХ линейными.

Эквивалентная схема составляется только для переменных составляющих токов и напряжений, поскольку полезную информацию несут только они.

Элементы, образующие эквивалентную схему транзистора, и являются его первичными параметрами.

Эквивалентных схем транзистора много, рассмотрим одну из них.

 

Т-образная эквивалентная схема транзистора ОБ

· - генератор тока (учитывает усилительные свойства транзистора). Вместо генератора тока можно использовать генератор напряжения , соединенный последовательно с :

· - дифференциальное сопротивление прямо смещенного ЭП

=доли Ома÷единицы Ома, т.е. мало

· - ёмкость ЭП. Эта ёмкость диффузионная (т.к. ЭП смещен в прямом направлении). Она относительно большая, но её влиянием можно пренебречь, т.к. она шунтирована малым сопротивлением . десятки пФ

· - дифференциальное сопротивление обратно смещенного КП

- может достигать сотен кОм÷десятки МОм, т.е. велико.

· - ёмкость КП. Эта ёмкость барьерная (т.к. КП смещен в обратном направлении). Она мала ( единицы пФ), но пренебрегать ею нельзя. На ВЧ реактивное сопротивление этой емкости уменьшается (), в результате чего часть выходного тока ответвляется через эту емкость и поступает на вход транзистора, не попадая в нагрузку, т.е. не участвуя в усилении. Другими словами: с помощью барьерной ёмкости на ВЧ в транзисторе осуществляется внутренняя обратная связь.

Обратная связь (ОС) – передача части мощности сигнала с выхода на вход схемы.

Таким образом, ёмкость КП на ВЧ ухудшает усилительные свойства транзистора.

· - сопротивление базы. Оно состоит из 2-х составляющих:

- омическое сопротивление слабо легированной области базы;

- небольшое сопротивление, обеспечивающее внутреннюю ОС в транзисторе.

H-параметры

Недостаток первичных параметров – невозможность их измерения, т.к. общая точка, относительно которой определяются первичные параметры, находится внутри Базы транзистора.

Поэтому переходят к вторичным параметрам транзистора, которые легко измерить. Самыми распространенными вторичными параметрами транзистора являются h-параметры.

В системе h-параметров в качестве независимых переменных (аргументов) принимают входной ток (I₁) и выходное напряжение (U₂). Зависимыми переменными (функциями) являются входное напряжение (U₁) и выходной ток (I₂).

Связь между зависимыми и независимыми переменными выражается с помощью системы уравнений:

U₁ = h₁₁I₁ + h₁₂U₂

I₂ = h₂₁I₁ + h₂₂U₂

 

Здесь I₁, I₂, U₁, U₂ – амплитуды переменных токов и напряжений (индекс «1» относится к входному сигналу, а индекс «2» - к выходному), h₁₁, h₁₂, h₂₁,h₂₂ являются коэффициентами пропорциональности (индекс «11» означает 1-я строчка, 1-й столбец; «12» - 1-я строчка, 2-й столбец и т.д.)

 

Таким образом, имеем систему 2-х уравнений с четырьмя неизвестными. Решить такую систему уравнений в общем виде невозможно. Для ее решения необходимы дополнительные условия.

Так, например, чтобы определить из первого уравнения h₁₁, нужно второе слагаемое этого уравнения занулить, т.е. считать, что U₂=0.

Тогда при - входное сопротивление транзистора при короткозамкнутом выходе.

Аналогично определяем:

при - коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе;

 

при - коэффициент усиления по току при

короткозамкнутом выходе;

 

при - выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе.

Пример расчета h-параметров транзистора ОЭ

Изобразим транзистор ОЭ с его входными и выходными токами и напряжениями:

 

а) Определим входное сопротивление транзистора. Для этого запишем формулу: при . Заменив амплитуды на малые приращения и подставив значения входного тока, входного и выходного напряжений конкретно для транзистора ОЭ, получим:

при , т.е. при

индекс «э» означает, что транзистор собран по схеме ОЭ

 

 

Входное сопротивление транзистора определяется по входным вольт-амперным характеристикам. Точка А – это рабочая точка, в которой определяются h-параметры.

Iб (mA) Uкэ=5В

 

0,75

б

=

0,25

Uбэ (В)

0,3 бэ 0,55

Чтобы определить , необходимо выполнить дополнительное построение: это построение обязательно должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие (в данном случае ). Исходя из вышесказанного, строим небольшой прямоугольный треугольник таким образом, чтобы его гипотенуза прилегала к входной характеристике и делилась рабочей точкой А пополам. Тогда катеты этого треугольника и будут искомыми значениями и , зная которые, легко определить входное сопротивление транзистора:

б) Определим коэффициент обратной связи по напряжению.

Заменив в формуле при амплитуды на малые приращения, получим: при , т.е. при .

Коэффициент обратной связи по напряжению определяется по входным вольт-амперным характеристикам транзистора. Дополнительное построение должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие . В данном случае это будет прямая, параллельная осинапряжений и проходящая через точку А.

Iб(mA)

кэ

Uкэ=0 Uкэ=5В

 

А^` А

 

 

Uбэ(В)

0,5 бэ 0,7

в)Определим коэффициент усиления по току.

Заменив в формуле при амплитуды на малые приращения, получим: при , т.е. при .

Коэффициент усиления по току определяется по выходным вольт-амперным характеристикам транзистора. Дополнительное построение должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие . В данном случае это будет прямая, параллельная оси токов и проходящая через точку А.

 

Iк(mA)

 

40 Iб=1,5mA

А

Iб=1mA

к А` б

Iб=0,5mA

20 Iб=0

Uкэ(В)

 

Для транзистора, собранного по схеме ОЭ: , где - коэффициент передачи тока базы в коллектор.

г) Определим выходную проводимость и выходное сопротивление транзистора.

Заменив в формуле при амплитуды на малые приращения, получим: при , т.е. при .

Дополнительное построение должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие . В данном случае это будет прямоугольный треугольник, у которого гипотенуза делится рабочей точкой А пополам.

 

 

Iк(mA)

Iб=1mA

7

A Iб=0,5mA

к

6 Iб=0

Uкэ(В)

5 кэ 10

Примечание:

· Чтобы перенести рабочую точку А с входных характеристик на выходные, необходимо определить ток базы в рабочей точке (I_БА). Затем на выходных характеристиках выбирают характеристику, соответствующую этому току. Точка пересечения выбранной характеристики и перпендикуляра, соответствующего указанному на входных характеристиках рабочему значению напряжения U_КЭ, и даст положение рабочей точки на выходных ВАХ.

 

· Чтобы перенести рабочую точку А с выходных характеристик на входные, необходимо определить ток базы в рабочей точке (I_БА). Затем на входных характеристиках на оси токов отмечают это значение и через полученную точку проводят прямую, параллельную оси напряжений, до пересечения с рабочей входной характеристикой. Точка пересечения и даст положение рабочей точки на входных ВАХ.