Эквивалентные схемы биполярного транзистора

Для аналитического расчёта схем на транзисторах пользуются эквивалентными схемами. На рис. 1.2 приведены эквивалентные Т-образные схемы транзистора, включенного по схеме ОБ (рис. 1.2, а) и транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 1.2, б). Схемы приведены для средних частот, с применением дифференциальных параметров транзистора.

Рис. 1.2. Эквивалентная схема транзистора: а – включенного по схеме ОБ; б – включенного по схеме ОЭ

Эквивалентную схему с применением дифференциальных параметров можно использовать при малых изменениях токов и напряжений, когда связь между ними можно считать линейной.

Эмиттерный переход представлен дифференциальным сопротивлением , которое при изменении эмиттерного тока в пределах единиц и десятков мА составляет единицы и десятки Ом:

.

(1.4)

В коллекторную цепь введено дифференциальное сопротивление , отражающее влияние модуляции толщины базы на коэффициенты передачи тока ( и ); обычно составляет единицы МОм.

.

(1.5)

Чем меньше сопротивление , тем больше наклон выходных характеристик относительно оси напряжения, больше влияние на коэффициенты передачи тока. Чем больше , тем выходные характеристики становятся более параллельными оси напряжения.

Базовая цепь представлена в схеме замещения объемным сопротивлением базы , составляющим сотни Ом. Это сопротивление учитывает падение напряжения в объеме полупроводника в базовой области.

Модуляция толщины базы при изменении коллекторного напряжения, имеющая место в транзисторе, приводит к изменению не только коэффициентов передачи тока, но также и напряжения на эмиттерном переходе. Другими словами, в транзисторе имеет место внутренняя обратная связь по напряжению, которая в схеме замещения учитывается генератором напряжения , включенным в эмиттерную цепь ( – безразмерный коэффициент). В некоторых случаях внутренняя обратная связь учитывается путем включения фиктивного диффузионного сопротивления в базовую цепь последовательно с объемным сопротивлением базы .

– эквивалентный источник тока, учитывает передачу тока из эмиттерной цепи в коллекторную с коэффициентом ( учитывает передачу тока из цепи базы в цепь коллектора с коэффициентом ).

– барьерная емкость коллекторного перехода, учитывает частотные свойства транзистора. На практике частотные свойства транзистора характеризуют граничной частотой усиления (это частота, на которой модуль коэффициента усиления транзистора снижается в раз).

Недостатком Т-образной схемы является невозможность непосредственного измерения ее параметров, так как в реальном транзисторе внутренняя общая точка, соединяющая ветви Т-образной схемы, недоступна для присоединения измерительных приборов. Этот недостаток устраняется, если представить транзистор в виде линейного четырехполюсника с парой входных и парой выходных зажимов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Транзистор в виде четырехполюсника

Биполярный транзистор можно рассматривать как активный четырехполюсник только при усилении переменных сигналов малой амплитуды. Если к транзистору подведено питание постоянного тока и этим задана рабочая точка П на его ВАХ, то при наложении на протекающие токи малых переменных сигналов транзистор в отношении этих сигналов можно рассматривать как линейный элемент электрической цепи. Эквивалентная схема, приведенная на рис. 1.3, позволяет нелинейные ВАХ заменить аналитическими линейными выражениями, что дает возможность привлечь компьютерную технику к расчетам электронных схем. Такой четырехполюсник удобно описывать системой h-параметров:

; .

(1.6)

Чтобы определить h-параметры и выяснить их физический смысл, необходимо осуществить режим холостого хода на входе четырехполюсника и режим короткого замыкания на выходе , что как раз легко выполнить для транзисторов:

	– входное сопротивление транзистора
	– коэффициент усиления по току
	– коэффициент обратной связи по напряжению
	– выходная проводимость транзистора

Существует связь между h-параметрами и физическими параметрами транзистора. Для этого необходимо выполнить режим короткого замыкания и холостого хода в Т-образной схеме. Тогда для схемы с ОБ получим:

.

(1.7)

Для схемы с ОЭ:

.

(1.8)

Так как ток базы в раз меньше тока эмиттера, то:

.

(1.9)