Физические эквивалентные схемы транзистора

Эквивалентные схемы транзисторов обычно строятся для двух случаев: а) в режиме большого сигнала (нелинейная модель), в которой учитываются нелинейность вольтамперных характеристик эмиттерного и коллекторного переходов и б) в режиме малого сигнала (линейная модель) для линейно связанных малых приращений соответствующих тока и напряжения. При этом эквивалентные схемы обычно рассматриваются в схемах включения транзистора с ОБ и ОЭ.

Нелинейную модель транзистора в схеме с ОБ можно построить на основе статической модели транзистора по Эберсу-Молла (рис.4.3), дополняя её емкостями эмиттерного С_Э и коллекторного С_К переходов для учета инерционных свойств транзистора. Тогда имеем эквивалентную нелинейную модель, приведенной на рисунке 5.3.

Рис.5.3. Нелинейная динамическая модель транзистора в схеме с ОБ.

Параллельно соединенные диод Д 1 и конденсатор С_Э представляют собой нелинейную эквивалентную схему изолированного эмиттерного перехода.

Добавление к этой модели генератора тока преобразует его в схему эмиттерного перехода реального транзистора. То же можно сказать и о коллекторном переходе.

Малосигнальную эквивалентную схему транзистора можно получить из нелинейной модели с учетом следующих факторов:

- заменой диодов Д 1 и Д 2 их дифференциальными сопротивлениями, устанавливающими связь между малыми приращениями тока и напряжения на ответствующих переходах (см.формулы 5.11 и 5.14);

- заменой генератора тока генератором ЭДС , учитывающее влияние выходной цепи на входную (см.формулу 5.20);

- учитывая, что эмиттерная область является высоколегированной, можно пренебречь сопротивлением R_Э;

- рассматриваем только нормальный активный режим работы, используемый в усилительных схемах.

Малосигнальная эквивалентная схема транзистора в схеме с ОБ с учетом приведенных факторов приведена на рисунке5.4.

Рис.5.4. Малосигнальная эквивалентная схема транзистора в схеме с ОБ.

Используя схему, приведенной на рисунке 5.4, можно построить малосигнальную эквивалентную схему транзистора и в схеме с ОЭ. Для этого необходимо:

- входные выводы эмиттер и база поменять местами;

- генератор тока выразить через эквивалентный генератор тока . При этом направления токов, создаваемых генераторами и , должны совпадать;

- в эквивалентной схеме с ОЭ обычно не учитывают генератор ЭДС;

- при замене генераторов напряжение холостого хода на выходе (I_К = 0) не должно изменяться. Это возможно при выполнении равенства

, (5.21)

где - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с ОЭ. Учитывая, что при I_К = 0 справедливо I_Э =I_К из (5.21) имеем

, (5.22)

т.е дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с ОЭ значительно меньше чем в схеме с ОБ, так как ;

- при замене генератора тока также должна сохраняться неизменной постоянная времени коллекторной цепи:

, (5.23)

где - емкость коллекторного перехода в схеме с ОЭ. Тогда из (5.23) с учетом (5.22) имеем . (5.24)

С учетом вышесказанного малосигнальная эквивалентная схема транзистора в схеме с ОЭ имеет вид, приведенной на рисунке 5.5: В заключении

Рис.5.5. Малосигнальная эквивалентная схема транзистора в схеме с ОЭ.

отметим, что на практике используются и другие эквивалентные схемы транзистора, в которых учитываются те или иные свойства транзистора при его работе в различных режимах, в области высоких и сверхвысоких частот и т.д.

Дата добавления: 2015-05-06