Транзистор как активный четырехполюсник

Четырехполюсником называется любое электрическое устройство, имеющее два входа и два выхода. Актив­ным четырехполюсником называется четырехполюсник, способный усиливать мощность. Представим транзистор в виде активного четырехпо­люсника (рис. 7.20).

Рис. 7.20. Представление транзи­стора, включенного по схеме с общим эмиттером, в виде четы­рехполюсника,

Присвоим входным току и напряжению индексы 1, а выходным напряжению и току индексы 2. Для транзисто­ров достаточно знать две любые переменные из четырех - U₁, I₁ и U₂, I₂, две остальные переменные можно найти по статическим характеристикам транзистора. Пере­менные, которые известны или же которыми задаются, называют независимыми, две другие переменные, которые можно определить, именуют зависимыми переменными.

В зависимости от того, какие из переменных будут выби­раться в виде независимых, можно получить разные системы параметров в режиме малого сигнала

(табл 7.1).

Таблица 7.1

Некоторые системы параметров

Независимая переменная I ₁, I₂ U₁, U₂ I₁, U₂

Зависимая переменная U₁, U₂ I₁, I₂ I₂, I₁

Система z y h

В системе h параметров в виде независимых пере­менных приняты входной ток и выходное напряжение. В этом случае зависимые переменные U₁ = f(I₁, U₂),

I₂ = f (I₁, U₂).

Тогда два основных уравнения, определяющие зависимые переменные должны иметь вид:

U₁ = I₁P + U₂Q

I₂ = I₁R + U₂S

Поскольку пара­метр Р связывает между собой величины U₁ и I₁, он имеет размерность сопротивления. Параметр Q связыва­ет между собой величины U₁ и U₂, следовательно представляет собой, безразмерное число. Аналогичным обра­зом, параметр R есть отношение двух токов, т. е. безраз­мерное число, а параметр S, связывающий ток I₂ и на­пряжение U₂, имеет размерность проводимости. Когда параметры имеют различные размерности, как в нашем случае, говорят, что это гибридный набор параметров. Такие параметры принято обозначать буквой h. Наше уравнение при этом приобретает вид:

U₁ = I₁h₁₁ + U₂h₁₂

I₂ = I₁h₂₁ + U₂h₂₂.

Для определения параметров мы можем положить равными нулю либо ток I₁ либо напряжение U₂. В ре­зультате получаются следующие соотношения:

h₁₁ = U₁/I₁, при U₂ = 0,

h₁₂ = U₁/U₂, при I₁ = 0,

h₂₁ = I₂/I₁, при U₂ = 0,

h₂₂ = I₂/U₂, при I₁ = 0.

Для схемы (Рис.7.18) U₁ = U_бэ, I₁ = I_б, U₂ = U_кэ, I₂ = I_к.

Все напряжения и токи в дан­ных соотношениях представляют собой переменные со­ставляющие, измеренные в определенной рабочей точке, задаваемой конкретным смещением по постоянному то­ку. Таким образом, равенство U_кэ = 0 означает, что кол­лекторное напряжение является фиксированным и равно величине, соответствующей смещению по постоянному току. Аналогично выражение I_бэ = 0 показывает, что ба­зовый ток является постоянным и соответствует уровню, определяемому смещением по постоянному току.

Найдем связь данных параметров с характеристика­ми, приближенный вид которых показан на рис. 7.21.

Рис. 7.21. График к определению h - параметров транзи­стора

а - семейство входных характеристик и б - семейство выход­ных характеристик.

Рассмотрим по очереди каждое из определений:

h₁₁ = U₁/I₁, при U₂ = 0, или h₁₁ = h_вхэ = U_бэ/I_б, при U_кэ = 0.

Если напряжение U_кэ равно нулю, рабочая точка мо­жет перемещаться только вдоль той входной характери­стики, которая на рис. 7.19, а помечена поперечными штрихами. Следовательно, сопротивление h₁₁ = h_вх.э представляет собой котангенс угла наклона входной характеристики при коротком замыкании на выходе по переменному то­ку, т. е. h₁₁ = h_вх.э есть входное сопротивление схемы в режи­ме короткого замыкания по выходу. Значения этого па­раметра составляют величины около 1000 Ом, h₁₂ = U₁/U₂, при I₁ = 0, или h₁₂ = h_обрэ = U_бэ/U_кэ, при I_б = 0. Если ток базы I_б = 0, рабочая точка может двигаться только вдоль горизонтальной линии, определяемой пара­метром I_б. На рис. 7.19, а показано, как при этом связаны между собой переменные U_кэ и U_бэ. Параметр h₁₂ = h_бэ обыч­но называют обратным коэффициентом передачи по на­пряжению. Он очень мал по величине (приблизительно10^-3), и им часто можно пренебречь, h₂₁ = I₂/I₁, при U₂ = 0, или h₂₁ = h_прэ = I_к/I_б, при U_кэ = 0. Обратившись к рис. 7.19,б, где показаны выходные ха­рактеристики, увидим, что параметр h_прэ представляет собой отношение тока коллектора I_к к току базы I_б при постоянном напряжении между эмиттером и кол­лектором. Этот наиболее важ­ный параметр транзисто­ра имеет название коэф­фициента усиления по то­ку в режиме короткого за­мыкания на выходе. В транзисторе с p-n-p пере­ходом оба тока I_б и I_к текут в направлении от транзистора, поэтому, учитывая принятые обо­значения для четырехпо­люсников, токи I_б и I_к должны быть взяты со знаком минус. Таким об­разом, их отношение, представляющее собой не что иное, как h_прэ, вели­чина положительная. Параметры h_прэ тран­зисторов массового производства имеют значения, лежащие в пределах от 10 до 500, и зависят от типа транзистора и режима работы в конкретных схемах, h₂₂ = I₂/U₂, при I₁ = 0, или h₂₂ = h_выхэ = I_к/U_кэ, при I_б = 0.

Из рис. 7.21,б видно, что этот параметр (представляет тангенс угла наклона выходной характеристики. Следо­вательно, h_выхэ есть проводимость. Обычно его называют выходной проводимостью в режиме холостого хода. Ти­повое значение величины h_выхэ равно 100 мксим, т. е. выходное сопротивление составляет 10 ком. Эквивалентную схему транзистора с общим эмиттером соответствующую уравнениям

U_бэ = I_бh₁₁ + U_кэh₁₂

I_к = I_бh₂₁ + U_кэh₂₂

построим исходя из следующего: видно, что первое уравнение представляет собой сумму двух напряжений. Поскольку эта часть эквивалентной схемы должна проводить ток I_б напряжение h₁₁I_б можно рас­сматривать как падение напряжения на сопротивлении величиной h₁₁, Ом. Вторую составляющую напряжения U_кэh₁₂ можно рассматривать как вырабатываемую источ­ником. Второе уравнение представляет собой сумму двух то­ков, и поэтому эквивалентная схема должна со­держать два параллельно соединенных компонента. Можно считать, что ток U_кэh₂₂ протекает по проводимости величиной h₂₂, 1/Ом, падение напряжения на которой рав­но U_кэ. Вторую составляющую I_бh₂₁ можно рассматривать как источник тока, соединенный парал­лельно с проводимостью h₂₂

На рис. 7.22 показана эквивалентная схема.

Рис. 7.22. Эквивалент­ная схема транзистора с общим эмиттером для h параметров

Дата добавления: 2014-01-05