Схемы замещения и параметры транзистора

Для аналитического расчета цепей с транзисторами широко используют схемы замещения. Получили распространение физические и формализованные модели транзистора. В физической схеме замещения ее параметры связаны с физическими (собственными) параметрами транзистора. На рисунке 2.6, а, б показаны Т-образные схемы замещения для переменных токов и напряжений для схем ОБ и ОЭ соответственно. Они справедливы для линейных участков входных и выходных ВАХ транзистора, на которых параметры транзистора можно считать неизменными.

Рисунок 2.6

Здесь r_Э - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода (включенного в прямом направлении):

, при U_КБ = const.

Значения r_Э зависят от постоянной составляющей тока эмиттера:

.

Числовое значение r_Э лежит в пределах от единиц до десятков Ом. R_Б - поперечное объемное сопротивление базы сопротивление базовому току. Обычно r_Б >> r_Э и составляет 100 ¸ 500 Ом. Эквивалентный источник тока a×I_Э учитывает транзитную составляющую приращения эмиттерного тока, проходящую через базу в коллектор.

Сопротивление, равное

,

является дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода (включенного в обратном направлении); учитывает изменение коллекторного тока с изменением напряжения U_КБ. Значения r_K лежат в пределах 0,5 ¸ 1 МОм.

Емкости С_Э и С_К - это емкости эмиттерного и коллекторного переходов. Каждая из них равна сумме барьерной и диффузионной емкостей соответствующего перехода.

Поскольку на высоких частотах емкость С_К шунтирует большое сопротивление r_K, она сильно влияет на работу транзистора, а емкость С_Э шунтирует малое сопротивление r_Э и ее влияние незначительно. Емкость С_К учитывают при частотах, составляющих десятки килогерц, а емкость С_Э - при частотах, превышающих единицы и десятки мегагерц. При работе на средних частотах (от десятков герц до единиц килогерц) емкости переходов не учитывают и в схему замещения не вводят.

Широкое распространение получили формализованные модели транзистора. Они основаны на представлении транзистора в виде четырехполюсника, который может быть характеризован одной из шести систем уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжения. Чаще всего используются система уравнений на базе h- параметров:

Схема замещения транзистора для системы h -параметров показаны на рисунке 2.7. Система на базе h -параметров позволяет легко измерить и определить по ВАХ транзистора. Эти параметры имеют следующий физический смысл:

- h₁₁ = U₁ / I₁, при U₂ = 0 - входное сопротивление транзистора в режиме короткого замыкания (к. з.) на выходе для переменного тока;

- h₁₂ = U₁ / U₂, при I₂ =0 - коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода (х. х.) на входе для переменного тока;

- h₂₁ = I₂ / I₁, при U₂ = 0 - коэффициент передачи тока в режиме к.з. на выходе для переменного тока;

- h₂₂ = I₂ / U₂, при I₁ =0 - выходная мощность транзистора в режиме х.х. на входе для переменного тока.

Рисунок 2.7

Значения h -параметров зависят от схемы включения транзистора, h -параметры транзистора связаны с их физическими параметрами в схеме ОБ следующими соотношениями: