Транзистор как линейный четырехполюсник

Транзистор с его внутренними параметрами, определяемыми эквивалентной схемой, можно представить в виде линейного четырехполюсника (рис. 3.17) – «черного ящика» с произвольной, но неизменной структурой, которая определяет соответствующие зависимости между входными и выходными параметрами (, , , ).

В зависимости от того, какие из этих величин взять за независимые переменные, а какие – зависимые, линейный четырехполюсник можно описать шестью различными системами уравнений. Однако, наибольшее распространение получила система, где за независимые переменные принимаются входной ток и выходное напряжение , а за зависимые – выходной ток и входное напряжение . Тогда система уравнений, связывающая между собой зависимые и независимые переменные, выглядит так:

(3.26)

Физический смысл коэффициентов , , , , называемых h-параметрами, установим следующим образом.

Если в первом уравнении положить = 0 (короткое замыкание на выходе), то параметр , можно найти: –входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе.

Если в этом же уравнении положить = 0 (холостой ход на входе), то параметр равен: – коэффициент внутренней обратной связи транзистора по напряжению при холостом ходе во входной цепи.

Аналогичным образом из второго уравнения находим: – коэффициент передачи транзистора по току при коротком замыкании на выходе; – выходная проводимость транзистора при холостом ходе во входной цепи.

С учетом h-параметров эквивалентная схема транзистора выглядит следующим образом (рис.3.18).

Здесь во входной цепи транзистора включен генератор напряжения , который учитывает взаимовлияние между коллекторным и эмиттерным переходом в результате модуляции ширины базы, а генератор тока в выходной цепи учитывает усилительные свойства транзистора, когда под действием входного тока , в выходной цепи возникает пропорциональный ему ток . Параметры и – это соответственно, входное сопротивление и выходная проводимость транзистора. Для различных схем включения транзистора h- параметры будут различны.

Так, для схемы с общей базой входными и выходными величинами являются

(рис. 3.19): = ;

= ; = ; = .

Так как транзистор чаще усиливает сигнал переменного тока, то и h-параметры по переменному току должны определяться не как статические, а как динамические (дифференциальные). Для схемы с общей базой они определяются по выражениям:

	(3.27)
	(3.28)
	(3.29)
	(3.30)

Индекс «б» говорит о принадлежности этих параметров к схеме с общей базой.

Для схемы с общим эмиттером входными и выходными величинами являются (рис. 3.20): = ; = ; = ; = .

Для схемы с общим эмиттером h-параметры определяются из соотношений:

	(3.31)
и составляет от сотен Ом до единиц кОм;
	(3.32)

и обычно равен 10^-3…10^-4, т.е. напряжение передаваемое с выхода на вход за счет обратной связи, составляет тысячные или десятитысячные доли выходного напряжения;

(3.33)

и составляет десятки – сотни единиц;

(3.34)

и равна десятым – сотым долям мСм, а выходное сопротивление , получается от единиц до десятков кОм.

Используя семейства входных и выходных характеристик транзистора h-параметры можно определить и графическим путем. Так, для схемы с общим эмиттером семейства входных и выходных характеристик представлены на рис. 3.21.

Входные характеристики транзистора в справочниках обычно представлены двумя кривыми, снятыми при = 0 и = 5 В (рис. 3.21, а). Все остальные входные характеристики при > 5 В настолько близко расположены друг от друга, что практически сливаются в одну характеристику. Поэтому, откладывая на оси абсцисс выходных характеристик (рис. 3.21, б) = 5 В, восстанавливаем из этой точки перпендикуляр до пересечения с какой-либо из средних характеристик, например, (точка A). Точке A соответствует коллекторный ток . Тогда, давая приращение току при неизменном на величину , например до пересечения со следующей характеристикой (), получим точку B. Приращение базового тока при этом соответствует разности:

.

(3.35)

Подставляя найденные величины DIк и DIб в выражение (3.33), получаем параметр:

(3.36)

Давая теперь приращение напряжению на величину от точки A до точки С, получим напряжение . Точке С соответствует коллекторный ток на оси ординат.

Находя разность токов и , получим:

Подставляя найденные значения и в выражение (3.34), получим:

(3.37)

Далее на оси ординат входной характеристики отложим величину тока базы = .

Используя входную характеристику при = 5 В, найдем напряжение . Давая приращение напряжения : = на величину , находим приращение тока базы = .

Подставляя найденные значения и в выражение (3.31), получаем:

(3.38)

Для нахождения параметра необходимы две входные характеристики, снятые для .

Предположим, что кроме приведенных входных характеристик была бы еще одна, снятая, например, для = 3 В (показана на рис. 3.21, а пунктиром). Тогда, находя на этой характеристике точку E, соответствующую базовому току , можно было бы определить:

= и = = 5 3 = 2 В,

где и – значения напряжений на коллекторе, при которых сняты входные характеристики с точкой A и точкой E. Подставляя найденные значения в выражение (3.32), можно было бы получить:

(3.39)

Использование для нахождения этого параметра входной характеристики при = 0 В дает большую погрешность, так как при малых значениях входные характеристики располагаются далеко друг от друга, а затем их частота возрастает и уже при 5 В они практически сливаются друг с другом. Поскольку в справочниках обычно приводится входная характеристика только для одного значения 0, точно определить параметр в нашем случае невозможно.

Дата добавления: 2015-06-04