регистрация /  вход

Транзисторы (стр. 2 из 6)

Широкое распространение получили так называемые Т–образные эквивалентные схемы и схемы на основе представления транзистора в виде активного четырехполюсника.

Достаточно простой Т-образной схемой является так называемая схема в физических параметрах. При ее построении исходят из того, что эмиттерный и коллекторный переходы и тонкий слой базы, обладают некоторыми определенными сопротивлениями, равными соответственно rЭ , rК и rБ . Поэтому простейшей эквивалентной схемой транзистора должна служить цепь, составленная из сопротивлений rЭ , rК и rБ , соединенных между собой, как показано на рисунке 2.3,а.

Рисунок 2.2. Эквивалентные Т–образные схемы транзистора:

А – без дополнительного генератора тока; б – для схемы с общей базой; в - схемы с общим эмиттером; г – для схемы с общим коллектором

У современных транзисторов в активном режиме работы величина rЭ составляет обычно единицы - десятки Ом, rБ – сотни Ом, а rК – сотни тысяч Ом. При замене транзистора в схеме рисунка 2.2 ток в эмиттерной цепи будет существенно больше тока с цепи коллектора. Это не соответствует реальным токам электродов транзистора. Следовательно, такая схема не может быть эквивалентной. В действительности, как известно, через сопротивление нагрузки транзистора проходит ток IК αIЭ . Для получения реальных токов в выходную цепь параллельно сопротивлению rк вводят источник тока, значения которого определяются током в цепи входного электрода. Так называемый зависимый источник (генератор) тока. Поэтому необходимо изменить распределение тока между ветвями эквивалентной схемы. Это можно сделать, подключив в эквивалентной схеме дополнительный генератор, вырабатывающий ток αIЭ (рисунок 2.3,б). Прохождение в выходной цепи тока этого источника соответствует реальным условиям работы транзисторных схем. Наибольшее распространение получили эквивалентные схемы, у которых общим электродом для входной и выходной цепей является база (ОБ, рисунок 2.3,б) или эмиттер (ОЭ, рисунок 2.3,в). Чтобы обе эквивалентные схемы были равноценны, необходимо чтобы:

r * К = r К / (β + 1). (2.13)

Данное соотношение получено в результате приравнивания напряжения холостого хода (α i э r к и β i б r * к) в указанных схемах с учетом того, что в режиме холостого хода i б = i б .

В эквивалентные схемы транзистора введены емкости коллекторного перехода. Несомненно, в то же время коллекторная емкость

C * К = (β + 1) С К (2.14)

Таким образом, в схеме с ОЭ активное и емкостное сопротивления коллекторной цепи значительно (в β + 1 раз) меньше, чем для транзистора в схеме с ОБ .

Параметры эквивалентной схемы могут быть определены либо расчетным, либо экспериментальным путем. Однако расчет не всегда обеспечивает требуемую точность из-за трудности учета контролируемых и неконтролируемых явлений в транзисторе. В свою очередь, при выполнении эксперимента для измерения сопротивлений резисторов необходим доступ к общей точке соединения цепей эмиттера, базы и коллектора практически не в транзисторах. Более удобными для экспериментального определения значений параметров являются эквивалентные схемы, построенные на основе представления транзистора в виде активного четырехполюсника (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4.

Во входную цепь транзистора подается сигнал U 1 , что приводит к появлению тока I 1 . В выходной цепи (на нагрузке R н ) возникает напряжение U 2 и ток I 2 . токи и напряжения считаются переменными. Вместо напряжений можно использовать их приращения D U и D I . В предположении малости сигналов входные и выходные величины можно связать алгебраическими уравнениями. В зависимости от того, какие из величин стоят по разные стороны знака равенства используют различные обозначения коэффициентов алгебраических выражений.

Наиболее часто используют выражения, у которых коэффициенты получили обозначения h и y . Коэффициенты обычно называют параметрами, а соответствующие эквивалентные схемы – семами в h - и y -параметрах. Выражение для определения h -параметров:

(2.15)

Коэффициенты уравнений (2.16) равны:

. (2.16)

Из этих выражений видно, что

- h 11 и h 21 – входное сопротивление и коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) при коротком замыкании на выходе транзистора;

- h 12 и h 22 – параметры, измеряемые при холостом ходе на входе транзистора.h12 характеризует степень влияния выходного напряжения на режим входной цепи транзистора (коэффициент обратной связи по напряжению). h 22 –выходная проводимость.

При реализации короткого замыкания на выходе транзистора используют конденсатор, реактивное сопротивление которого на частоте измерения должно быть существенно меньше сопротивления нагрузки. Для создания режима холостого хода по входу в цепь вводят катушку индуктивности, реактивное сопротивление которой должно быть существенно больше входного сопротивления транзистора.

В связи с тем, что транзистор имеет всего три электрода его подсоединение к входной и выходной цепи четырехполюсника может быть осуществлено только в результате объединения одного из вводов входной и выходной цепи и подсоединения к объединенной цепи одного из трех электродов транзистора. В соответствии с этим общим электродом вводят наименование схемы. Возможно три вида транзисторных схем: с общей базой (ОБ ), общим эмиттером (ОЭ ) и общим коллектором (ОК ). На рисунке 2.4 показаны две из них – ОБ и ОЭ . Каждая схема будет отличаться входными и/или выходными электродами, следовательно, будут разниться и значения h -параметров. Например, входное сопротивление транзистора (h 11 ) в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой. Это следует из очевидного неравенства

. (2.17)

Поэтому в обозначение h -параметров вводят индекс, указывающий по какой схеме проводилось его определение. Обычно используют параметры схем ОБ (индекс Б , например, h 11Б ) и ОЭ (h 21Э ). Ниже приведены формулы пересчета h –параметров, полученных по схеме ОБ , в параметры ОЭ и ОК .

(2.18)

(2.19)

Между h – параметрами и параметрами транзистора, соответствующими Т–образным эквивалентным схемам, существует определенная зависимость. Для схемы с общей базой эта зависимость выражается соотношениями

(2.20)

Эквивалентная схема транзистора в h Э -параметрах приведена на рисунке 2.5,а. Так как величина h12 (коэффициент обратной связи по напряжению) у современных транзисторов приближается к нулю, то его обычно не вводят в эквивалентную схему (рисунок 2.5,б).


Рисунок 2.5. Эквивалентные схемы транзистора в h -параметрах для включения с ОЭ

ИсточникI 1 h 21Э эквивалентной схемы называют зависимым источником тока, так как значение тока этого источника зависит от тока другой ветви – входного тока (в данном случае тока базы). Этот источник характеризует усиление входного тока. Аналогично источник напряженияU 2 h 21Э называют зависимым источником ЭДС. Как было указано выше, он характеризует обратную связь по выходному напряжению.

Для иных схем включения поменяются расположение электродов и индексы при h -параметрах. Также возможна иная индексация напряжений и токов. Например, для указанной схемы включения можно внести следующие изменения в индексацию:

Напоминаем, что вместо токов(I ) и напряжений(U ) в выражении (2.17) можно использовать их приращения (D I иD U ). Это позволяет определить значения коэффициентов по входным и выходным характеристикам транзистора (рисунок 2.6).


Рисунок 2.6. Определение hБ –параметров транзистора по входным (а) и выходным (б) характеристикам транзистора.

Эквивалентная схема транзистора в y -параметрах обычно используется для анализа высокочастотных схем. В этом случае независимыми переменными являются напряжения U1 и U 2 , а зависимыми – токи I 1 и I 2 . Тогда систему уравнений, характеризующих работу транзистора как четырехполюсника, можно представить в общем виде:

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Ваше имя:

Комментарий

Хотите опубликовать свою статью или создать цикл из статей и лекций?
Это очень просто – нужна только регистрация на сайте.