Параметры биполярного транзистора

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для схемы, изображённой на рисунке 1.7.10.1. Для транзистора как четырехполюсника характерно два значения тока I ₁ и I ₂, и два значения напряжения U ₁ и U ₂.

Рис. 1.7.10.1. Изображение транзистора в виде четырёхполюсника

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие - в качестве выходных параметров, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Это системы z - параметров, y - параметров и h - параметров. Рассмотрим их более подробно, используя линейное приближение.

Система z - параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I ₁ и I ₂, а напряжения U ₁ и U ₂ будем определять как функции этих токов I₁ и I₂. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид

.

Коэффициенты в этих уравнениях определяются следующим образом:

- определяются как входное и выходное сопротивления.

- сопротивление обратной и прямой передачи.

Измерение z -параметров происходят в режиме холостого хода на входе (I ₁ = 0) и выходе (I ₂ = 0). Реализовать режим разомкнутого входа I ₁ = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера несколько КОм уже позволяет считать I ₁ = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I ₂ = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающие сопротивления в цепи коллектора, поэтому должно быть порядка ГОм).

Система y - параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U₁ и U₂, а токи I₁ и I₂, будем определять как функции этих напряжений U₁ и U₂. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид

.

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

- входная и выходная проводимость.

- проводимость обратной и прямой передачи.

Измерение y - параметров происходят в режиме короткого замыкания на входе (U₁ = 0) и выходе (U ₂ = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе U ₁ = 0 для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно быть доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходе U ₂ = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам Мом и замыкающие сопротивления в цепи коллектора может быть даже сотни Ом).

Система h - параметров

Система h- параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U₂ = 0) и режим холостого хода на входе (I₁ = 0). Поэтому, для системы h -параметров в качестве входных параметров задается ток I₁ и напряжение U₂, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I₂ и напряжение U₁ при этом система, описывающая связь входных I₁, U₂ и выходных I₂, U₁ параметров выглядит следующим образом:

.

Значение коэффициентов в уравнении для h- параметров имеют следующий вид:

- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;
- выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;
- коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;

- коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h -параметрами приведена на рисунке 1.7.10.2. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h- параметр.

Рис. 1.7.10.2. Эквивалентная схема четырехполюсника с h -параметрами

Рассмотрим h -параметры биполярного транзистора в схеме с общей базой. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора, показанной на рисунке. Получаем

;

;

;

.

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером выражения описывающие h -параметры будет иметь следующий вид

;

;

;

.

1.7.11. Статические характеристики биполярных транзисторов

Обычно анализируют входные и выходные характеристики биполярного транзистора в схемах с общей базой и общим эмиттером. Для определенности будем рассматривать p-n-p -транзистор.