Дифференциальные параметры транзистора-четырехполюсника

Если переменные напряжения на переходах транзистора достаточно малы, то токи в нем оказываются линейными функциями этих напряжений. В таком случае транзистор независимо от схемы включения можно рассматривать как линейный четырехполюсник, имеющий два входных и два выходных полюса (рис.5.6). Пусть на входе четырехполюсника действуют переменные напряжение U ₁ и ток I ₁, а на выходе – напряжение U ₂ и ток I ₂, связанные друг с другом в виде определенных функциональных зависимостей. В зависимости от схемы включения транзистора этим токам и напряжениям будут соответствовать те или иные конкретные токи и напряжения. Например, в схеме с ОЭ U ₁ = U_БЭ, I ₁ = I_Б, U ₂ = U_КЭ и I ₂ = I_К. Для описания функциональных зависимостей возможны шесть вариантов выбора зависимых и независимых переменных, исходя из которых можно ввести шесть систем параметров,

Рис.5.6. Представление транзистора в виде четырехполюсника.

описывающих четырехполюсник. На практике для описания транзистора как четырехполюсника широко используется система h – параметров.

В системе h – параметров в качестве независимых переменных приняты входной ток I ₁ и выходное напряжение U ₂, тогда имеем функциональную связь в виде и . Полные дифференциалы этих функций запишутся в виде:

. (5.25)

Обозначим частные производные перед независимыми переменными в (5.25) символами и , тогда уравнения четырехполюсника можно записать в виде

. (5.26)

Из (5.26) можно определить физический смысл h – параметров. Для этого проведем два эксперимента:

1. Пусть выходное напряжение постоянное, тогда . Из системы (5.26) имеем:

- дифференциальное входное сопротивление транзистора;

- дифференциальный коэффициент передачи тока.

2. Пусть входной ток постоянен, тогда . Из системы (5.26) имеем:

- дифференциальный коэффициент обратной связи по напряжению и

- дифференциальная выходная проводимость транзистора.

Для схем включения с ОЭ, ОБ и ОК h – параметры транзистора можно отметить третьим индексом «Э», «Б» и «К» соответственно. Можно установить связь между h – параметрами в разных схемах включения. Например, такая связь в схемах включения с ОЭ и ОБ имеет вид:

, (5.27)

где h – параметры с индексом Б относятся к схеме с ОБ. А с индексом Э – к схеме с ОЭ.

Проведя совместное рассмотрение системы уравнений h – параметров (5.26) и физических эквивалентных схем (рис. 5.4 и 5.5) можно установить связь между h – параметрами и физическими параметрами транзистора. Без вывода только запишем для схемы с ОЭ:

. (5.28)

Для схемы с ОБ имеем:

. (5.29)

На основе выражений (5.28) и (5.29) в принципе можно решить и обратную задачу – по известным h – параметрам найти физические параметры транзистора.

На практике находит применение эквивалентная схема транзистора на основе h – параметров, которая приведена на рисунке 5.6. Генератор тока характеризует усилительные свойства транзистора, а генератор ЭДС - обратную связь по напряжению.

Рис.5.6. Эквивалентная схема транзистора в системе h – параметров.

Дифференциальные h – параметры можно определить, подставляя в (5.28) и (5.29) численные значения физических параметров, определенных в заданной рабочей точке. Широко используется определение h – параметров по статическим вольтамперным характеристикам транзистора (об этом более подробно в разделе 6.5).

В заключение отметим, что преимущества системы h – параметров заключается в удобстве их экспериментального определения. Действительно, в практических транзисторных схемах легко обеспечить режимы постоянного тока на входе и постоянного напряжения на выходе схем, так как транзисторы характеризуются малым входным и большим выходным сопротивлениями.

Контрольные вопросы.

1.Дайте определения интегральному и дифференциальному коэффициентам передачи тока и как они зависят от величины тока эмиттера и напряжения коллектора?

2.Что такое эффект Эрли?

3.Назовите основные физические параметры транзистора и их физический смысл.

4.Физический смысл дифференциальных h-параметров?

5.Расскажите об эквивалентных схемах реального транзистора в режиме малого сигнала.

Дата добавления: 2015-05-06