Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора в


с. 1 с. 2 с. 3 с. 4

2.5. H-параметры биполярного транзистора в схеме включения с общей базой

Параметры транзистора устанавливают связь между переменными составляющими токов в выводах транзистора и переменными напряжениями на электродах в выбранной рабочей точке.

При работе транзистора с сигналами малых амплитуд транзистор можно представить активным линейным четырехполюсником. Параметры четырехполюсника измеряются на переменном токе и являются дифференциальными. Наибольшее применение нашла смешанная система
H - параметров. В этой системе параметры измеряются в режиме холостого хода на входе и в режиме короткого замыкания на выходе (по переменному току), т. е. в режимах, которые легко осуществить на практике. Независимыми переменными в этой системе являются ток на входе и напряжение на выходе , а функциями – напряжение на входе и ток на выходе . Система уравнений четырехполюсника имеет вид
(12)
Параметры H11 и H21 измеряются в режиме короткого замыкания на выходе, а H12 и H22 измеряются в режиме холостого хода на входе. Для схемы включения с ОБ входной ток , а выходной ток ; входное напряжение и выходное напряжение , тогда

(13)

- входное сопротивление, определяемое как отношение изменения напряжения эмиттер – база к изменению тока эмиттера при постоянном значении напряжения коллектор – база (не равном нулю);



(14)

- коэффициент обратной связи по напряжению, который определяется отношением изменения напряжения эмиттер – база к изменению напряжения коллектор – база при постоянном токе эмиттера;



(15)

- коэффициент передачи по току, который определяется как отношение изменения тока коллектора к изменению тока эмиттера при постоянном значении напряжения коллектор – база;



(16)

- выходная проводимость, определяемая отношением изменения тока коллектора к изменению напряжения коллектор – база при постоянном токе эмиттера.


H-параметры могут быть измерены на малом сигнале в рабочей точке с помощью специальных приборов либо определены:

а) методом двух отсчетов при снятии входных и выходных характеристик транзистора в лаборатории;

б
) графически по семейству входных и выходных характеристик, как показано на рис.11.
, (17)

, (18)

, (19)

. (20)

2.6. Эквивалентные Т-образные схемы биполярного транзистора в схеме включения с общей базой




2.6.1. Т-образная эквивалентная схема транзистора на низких частотах


При анализе электрических схем нелинейные элементы заменяют их математической моделью, которая максимально точно отражает работу нелинейного элемента в реальных условиях. Эквивалентная схема является графическим отображением математической модели нелинейного элемента.

В качестве эквивалентной схемы биполярного транзистора часто используют Т-образные схемы замещения. Такая Т-образная эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме включения с общей базой для области нижних частот представлена на рис. 12, на котором области биполярного транзистора заменены соответствующими резисторами, а генератор тока αIЭ отражает эффект передачи тока эммитера в коллекторную область.

На рис.12 обозначено: rЭ – сопротивление области эммитера, определяемое из соотношения, Ом:

, (21)

где - температурный потенциал, при комнатной температуре


Т300 К он равен ; rБ – объемное сопротивление области базы, определяемое из соотношения

, (22)

где ρБ - удельное электрическое сопротивление области базы и оно определяется для транзистора p-n-p структуры выражением: ρБnnn;


w – толщина базы; rК – сопротивление коллекторного перехода, которое находится из выражения

(23)

и по физическому смыслу представляет собой сопротивление перехода коллектор – база переменному току. Точка Б’ на рис.12 отображает внутреннюю точку базы без учета объемного сопротивления rб.


Рис. 12. Т - образная эквивалентная схема биполярного


транзистора на низких частотах

2.6.2. Т - образная эквивалентная схема транзистора на высоких частотах


При анализе электрических схем в области высоких частот нельзя пренебрегать инерционными свойствами биполярного транзистора и емкостями переходов коллектор – база, эммитер – база. Поэтому при рассмотрении биполярного транзистора в схеме включения с общей базой в области высоких частот Т - образная эквивалентная схема трансформируется к виду, представленному на рис.13. В этом случае частотные свойства перехода эммитер – база учитываются введением емкости СЭ = СЭД + СЭБ , где СЭД – диффузионная емкость перехода эммитер – база, играющая основную роль при работе эммитерного перехода в прямом включении; СЭБ – барьерная емкость перехода эммитер – база, которая определяет величину СЭ при обратном смещении эммитерного перехода.

На рис.13 емкость СК определяется барьерной емкостью перехода коллектор – база, так как коллекторный переход имеет обратное смещение. Величина СК определяется по формуле



(24)

и зависит от модуля напряжения UКБ, это связано с зависимостью ширины перехода коллектор – база от напряжения UКБ:



, (25)

где lКО – равновесная ширина электронно–дырочного перехода при UКБ = 0; φКК – контактная разность потенциалов перехода коллектор – база; SК – площадь коллекторного перехода.


Рис.13. Т - образная эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме включения с общей базой на высоких частотах


На рис.13 введен генератор напряжения μЭКUКБ, который отражает наличие внутренней обратной связи в транзисторе. Величина μЭК является коэффициентом обратной связи по напряжению и в соответствии с эффектом модуляции толщины базы находится из выражения
( 10-3 ÷ 10-4 ). (26)
Остальные элементы рис.13 были определены ранее.

Параметры Т - образной эквивалентной схемы биполярного транзистора в схеме включения с общей базой связаны с соответствующими Н-параметрами следующими соотношениями:


; (27)

; (28)

; (29)

; (30)

; (31)

. (32)


с. 1 с. 2 с. 3 с. 4

скачать файл