Учебное пособие: Транзисторы

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 r_Э составляет обычно единицы - десятки Ом, r_Б – сотни Ом, а r_К – 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 I_К ≈ αI_Э . Для получения реальных токов в выходную цепь параллельно сопротивлению r_к 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 αI_Э (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