Транзистор как четырехполюсник реферат
Обновлено: 02.07.2024
Транзистор можно представить как линейный четырехполюсник, если в качестве измеряемых токов и напряжений принимать небольшие их приращения, накладывающиеся на постоянные составляющие. Такие ограничения приходится принимать, так как входные и выходные характеристики транзистора нелинейны. Для небольших приращений напряжений и токов параметры транзистора можно считать линейными, что позволяет представить транзистор в виде линейного четырехполюсника.
Связь между входными (U1, I1) и выходными (U2, I2) напряжениями и токами четырехполюсника (рис. 3.28) выражается системой двух уравнений. Выбрав два из входящих в эту систему параметров за независимые переменные, находят два других.
Для транзистора как четырехполюсника в качестве независимых переменных выбирают приращение входного тока ∆I1 и выходного напряжения ∆U2, а приращения входного напряжения ∆U1 и выходного тока ∆I2 выражают через h-параметры транзистора.
Все h-параметры имеют конкретный физический смысл и отражают параметры транзистора в соответствующей схеме включения.
Параметр h11 найдем из уравнения (3.7), положив ∆U2 = 0, т.е U2 = const
Из уравнения (3.9) следует, что это входное сопротивление транзистора.
Параметр h12 найдем из уравнения (3.7), положив ∆I1 = 0, т.е I1= const
Из уравнения (3.10) следует, что это коэффициент обратной связи транзистора по напряжению.
Параметр h21 найдем из уравнения (3.8), положив ∆U2 = 0, т.е U2 = const
Из уравнения (3.11) следует, что это коэффициент усиления транзистора. по току.
Параметр h22 найдем из уравнения (3.8), положив ∆I1 = 0, т.е I1= const
Из уравнения (3.12) следует, что это выходная проводимость транзистора.
Выражения (3.9) - (3.12) выведены без учета схемы включения транзистора. Для конкретной схемы включения транзистора необходимо использовать соответствующие данной схеме входные и выходные токи и напряжения. Для примера приведем систему h-параметров транзистора, включенного по схеме ОЭ.
Коэффициент обратной связи по напряжению h12(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ
Коэффициент усиления по току h21(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ равен коэффициенту b, определенному ранее (h21(э) = b)
Выходная проводимость h22(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ
Для определения h-параметров иногда применяют графоаналитический метод, основанный на использовании вольт-амперных характеристик транзистора. На рис. 3.29 показан пример определения h-параметров транзистора, включенного по схеме ОЭ.
Коэффициент обратной связи по напряжению h12(э) по вольт-амперным характеристикам не снимают ввиду его очень малой величины.
Коэффициент усиления по току h21(э) определяют по семейству выходных характеристик (рис. 3.29, а). Для этого выбирают две характеристики Iк = F(Uкэ), соответствующие двум токам базы, например, Iб2 и Iб3. Проводят вертикальную линию из точки соответствующей напряжению на коллекторе транзистора, например Uкэ1, до пересечения с указанными характеристиками. Затем находят токи коллектора Iк2 и Iк3 на этих характеристиках и по формуле (3.15) определяют коэффициент усиления транзистора в схеме ОЭ
Выходную проводимость h22(э) определяют по выходной характеристике Iк = F(Uкэ), снятой при токе базы, соответствующем режиму работы транзистора по постоянному току, например, Iб = Iб4 (рис. 3.29, а). На характеристике отмечают две точки, соответствующие двум напряжениям Uкэ, и находят приращение тока ∆Iк, соответствующее приращению напряжения ∆Uк. Затем по формуле (3.16) находят выходную проводимость
которая определяет наклон характеристики Iк = F(Uкэ) к оси абсцисс. Величина, обратная h22(э), есть выходное сопротивление rвых(э) транзистора в схеме ОЭ.
Обозначения транзисторов, как и диодов состоят из шести элементов. С отличием: вторая буква Т – биполярный транзистор, П – полевой.
Биполярные транзисторы, достигнувшие предельных параметров 1400 В / 200 А и широко применявшиеся последние два десятилетия прошлого столетия, будут постепенно вытесняться и заменяться биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT).
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.005)
Четырехполюсником (рис. 1) называется цепь или участок цепи, которые имеют четыре вывода (зажима). Зажимы (1-1), к которым подключается источник электрической энергии, называются входными, а зажимы (2-2), к которым подсоединяется приемник электрической энергии (нагрузка), - выходными. Примером четырехполюсников являются трансформаторы, усилители, электрические фильтры, линии связи и т.п.
Рис. 1.Общий вид четырехполюсника.
К входу четырехполюсника (1-1) подсоединен источник электрической энергии с задающим напряжением и внутренним сопротивлением . К выходным зажимам (2-2) присоединена нагрузка с сопротивлением . На входных зажимах действует напряжение , на выходных-. Через входные зажимы протекает ток , через выходных - .
Четырехполюсники бывают пассивными и активными. Пассивные схемы не содержат источников электрической энергии, активные – содержат.
Также четырехполюсники делятся на обратимые и необратимые. В обратимых четырехполюсниках отношение напряжения на входе к току на выходе не меняется при перемене местами зажимов, т.е. они позволяют передавать энергию в обоих направлениях.
Различают четырехполюсники симметричные и несимметричные. В симметричном четырехполюснике перемена местами входных и выходных зажимов не изменяет напряжений и токов в цепи, с которой он соединен.
Четырехполюсники, которые состоят только из линейных элементов, называются линейными. Они имеют линейную зависимость выходного напряжения и тока от напряжения и тока на входных зажимах. Четырехполюсники, которые имеют хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейными.
Четырёхполюсником называется любая цепь, имеющая два входных и два выходных зажима. Примеры четырехполюсника: линия передачи, линия связи, трансформатор, выпрямитель.
Классифицируют четырехполюсники по различным признакам:
- по наличию или отсутствию не скомпенсированных источников энергии - пассивные и активные;
- в зависимости от схемы внутреннего соединения элементов – Т-образные, П-образные, Г-образные с Т или П входом , мостовые.
- в зависимости от характера сопротивлений – линейные и нелинейные, симметричные и несимметричные.
При анализе четырехполюсника обычно не интересуются распределением напряжений и токов внутри четырехполюсника, важны лишь токи и напряжения на входе и выходе.
В данной главе разбираются лишь пассивные линейные четырехполюсники, работающие в установившемся синусоидальном режиме или в цепях постоянного тока (частный случай синусоидальной цепи).
Понятие четырехполюсника используют тогда, когда, не прибегая к схеме электрической цепи, оценивают влияние конкретной цепи на амплитудные и частотные характеристики, передаваемого через эту цепь электрического сигнала. Для решения подобных задач необходимо знать основные характеристики четырехполюсников. Эти характеристики получают на основании решения уравнений передачи четырехполюсника.
Пассивный четырехполюсник представляет собой электрическую цепь, внутри которой имеется соединение элементов r , L и C . Цепь имеет две пары зажимов: к первичным зажимам подсоединяется источник энергии (тока или напряжения), к вторичным зажимам - нагрузка, под которой в общем случае понимают пассивный или активный двухполюсник с известными вольтамперными характеристиками. На рис.1.1б изображена комплексная схема замещения четырехполюсника; на ней указаны токи и напряжения входных и выходных зажимов в виде комплексных переменных. Также как и в двухполюснике, связь между этими переменными может быть определена через частотные характеристики четырехполюсника:
3. Коэффициент передачи по напряжению
4. Коэффициент передачи по току
5. Передаточное сопротивление
6. Передаточная проводимость
Все эти формулы определяют причинно-следственную связь между заданным входным воздействием и реакцией цепи в виде тока или напряжения на входных или выходных зажимах. Также как и в двухполюсниках, все частотные характеристики не зависят от величин токов и напряжений, а определяются только параметрами элементов цепи и способом соединения ветвей. Они могут быть найдены опытным или расчетным путем. Все указанные выше характеристики называют внешними характеристиками четырехполюсника.
Фазо–частотная характеристика - ФЧХ представляет собой зависимость разности фаз двух гармонических колебаний безотносительно к их физической природе. Эта разность может измеряться в градусах или в радианах.
Чтобы рассчитать комплексную передаточную функцию четырехполюсника в общем случае необходимо проделать следующее:
1.Задаться произвольным значением или на входе (обобщенная функция ).
2.Любым методом рассчитать комплексное напряжение или ток на выходе цепи (обобщенная функция ).
4. Получившееся комплексное выражение записать в показательной форме, для чего следует использовать формулы перехода от алгебраической формы записи комплексного выражения к показательной и обратно:
5. Сравнивая отдельно модули и фазы, выделить АЧХ и ФЧХ передаточной функции:
- АЧХ передаточной функции; (1.18)
- ФЧХ передаточной функции. (1.19)
6. Изменяя значение переменной от 0 до бесконечности рассчитать и построить графики функций H (ω) и θ(ω). Целесообразно данные расчетов свести в таблицу, которую в дальнейшем можно использовать для анализа прохождения электрических сигналов через четырехполюсник.
Графики найденных функций можно строить в зависимости от переменной ω, если известны численные значения параметров цепи r и L , или строить их в зависимости от обобщенной переменной Ω.
На рис. 2 a,б построены эти графики, физический смысл которых очевиден: при малых значениях ω выполняется условие ωL > r , ток источника будет в основном протекать в сопротивлении r , а доля тока в индуктивности будет уменьшена, т.е. K(ω) будет стремиться к нулю.
Рис. 2 Частотные характеристики четырехполюсника для коэффициента передачи тока К i : а)АЧХ для К i ; б) ФЧХ для К i .
Если схема четырехполюсника известна, то эти коэффициенты могут быть найдены расчетным путем, используя законы Ома и Кирхгофа, метод контурных токов или узловых потенциалов, а также простейшие преобразования цепи. Все эти методы предполагают постановку и решение прямой задачи электротехники, т.е. произвольное задание источника энергии на входных зажимах и последующий поиск тока или напряжения в ветви, присоединенной к выходным зажимам .Однако существует метод непосредственного определения частотных характеристик четырехполюсника по известным А параметрам четырехполюсника.
Для более сложных цепей есть возможность разбиения исходной цепи на группу каскадное соединенных звеньев. Каскадным называется такое соединение двух и более четырехполюсников, когда выходные зажимы предыдущего четырехполюсника соединяются с входными зажимами последующего.
Рис. 3. Каскадное соединение четырехполюсников
Известно правило объединения матриц каскадное соединенных четырехполюсников: при каскадном соединении перемножаются матрицы А параметров, и задача исследователя заключается в разбиении исходной цепи на группу простейших каскадное соединенных четырехполюсников с известными А параметрами.
Если число каскадно-соединенных звеньев больше двух, то следует перемножать матрицы в той последовательности, в которой стоят четырехполюсники, помня о том, что перемножение матриц обладает сочетательным свойством, но не коммутативно, т.е. . Пассивный четырехполюсник состоит из индуктивностей, емкостей, резисторов.
Затухание четырехполюсника - величина, характеризующая уменьшение напряжения U , тока I или мощности P = I * U при передаче через четырехполюсник.
Затухание измеряется в децибелах:
Затухание в четырехполюснике зависит от сопротивления генератора и нагрузки. Активный четырехполюсник передает в нагрузку мощность, большую поступающей в него; состоит из источников ЭДС, электронных усилительных ламп, транзисторов.
Коэффициент усиления - отношение величины напряжения, тока или мощности на выходе четырехполюсника к соответствующей величине на входе. Усиление зависит от сопротивления генератора и нагрузки.
Модуль входного сопротивления четырехполюсника зависит от сопротивления нагрузки и равен отношению приращения входного напряжения на входных клеммах к вызванному им приращению входного тока
Модуль выходного сопротивления четырехполюсника равен отношению приращения выходного напряжения к соответствующему изменению величины выходного тока.
Фильтр - четырехполюсник, служащий для передачи в нагрузку мощности электрического тока определенного диапазона частот в области прозрачности фильтра. В области непрозрачности фильтра мощность тока передается в нагрузку с большим затуханием.
Фильтры нижних частот (обрезающие) имеют область прозрачности для частот ниже граничной частоты .
Сглаживающий фильтр - обрезающий фильтр, который служит для выделения постоянной составляющей. Его граничная частота лежит ниже основной гармонической частоты сигнала. Фильтры верхних частот (обрезающие) имеют область прозрачности для частот выше граничной частоты . Полосовой фильтр имеет область прозрачности в определенной полосе частот, лежащей между граничными частотами и .
Режекторный фильтр имеет область непрозрачности в определенной полосе частот лежащей между граничными частотами.
1)Прохождение прямоугольного импульса через RC-цепь. При подаче на вход RC-цепи прямоугольного импульса напряжения в первый момент времени t1 в схеме возникает скачек тока, равный по величине U/R . По мере загрузки конденсатора напряжение на нем возрастает по экспоненте с постоянной времени . Если длительности импульса, напряжение на емкости возрастает до U входного напряжения. В момент окончания импульса t2 в схеме появляется отрицательный скачек тока и емкость начинает разряжаться (по экспоненте): .
В результате на выходе RC-цепи (на резисторе) появляются два импульса - положительный, совпадающий по времени с передним фронтом входного импульса, и отрицательный импульс, совпадающий с задним фронтом входного импульса. Такая цепочка называется дифференцирующей RC-цепью.
2)Прохождение прямоугольного импульса через RL-цепь. При подаче на вход RL-цепи прямоугольного импульса напряжения в первый момент времени t1 ток в цепи равен нулю, так ток через индуктивность не может измениться скачком. Затем ток экспоненциально нарастает с постоянным временем . Если , то ток в цепи успевает вырасти до значения U/R. В первый момент времени напряжение на сопротивлении равно нулю ( т. к. ток равен нулю), а затем оно экспоненциально нарастает . Напряжение на индуктивности в первый момент времени равно входному напряжению U , а затем уменьшается с постоянной времени до нуля . В момент окончания импульса t2 ток в схеме экспоненциально уменьшается с постоянной времени до нуля, напряжение на сопротивлении экспоненциально уменьшается до нуля, а на индуктивности появляется отрицательный скачок напряжения, равный перепаду напряжения на входе схемы; напряжение на индуктивности экспоненциально уменьшается до нуля.
Системы безопасности строятся из отдельных приборов, соединяемых между собой кабелями. При инсталляции системы, а также при ее эксплуатации возможны ситуации, когда система не работает должным образом. В данной публикации не рассматривается поиск дефектов в самих приборах, цель статьи более скромная - помочь специалисту в отыскании дефектов в межблочных соединениях.
Для отыскания дефектов в монтаже удобно использовать модель Г-образного четырехполюсника (к каскадному соединению которых можно свести большинство радиоэлектронных устройств).
Точка в монтаже системы безопасности, в которой выходное напряжение существенно отличается от нормы, можно назвать точкой дефекта. Для Г-образного четырехполюсника такой точкой может быть его выход.
При поиске дефекта наибольший интерес представляет такой Г-образный четырехполюсник, у которого входное напряжение U1 соответствует номинальному, а выходное напряжение U2 в точке дефекта существенно отличается от номинального.
При этом возможны следующие варианты:
· U2 = 0, если Z1 = ∞ (обрыв в последовательной ветви) или Z2 = 0 (короткое замыкание в параллельной ветви);
· U2 меньше нормы, если Z1 увеличилось или Z2 уменьшилось;
· U2 больше нормы, если Z1 уменьшилось, или Z2 увеличилось.
Вообще говоря, возможен и такой случай, когда U2 становится больше U1 . Это говорит о том, что появился неочевидный источник напряжения (например, из-за нарушения изоляции между соседними проводами).
Рассмотренные соотношения справедливы как для линейных, так и нелинейных четырехполюсников, как для частотно-зависимых, так и частотно-независимых.
Отметим, что не столь важно точное значение напряжения U2 – при ремонте достаточно обнаружить его качественное изменение как следствие неисправности элементов Z1 и Z2 .
Одновременно дефектными оба элемента четырехполюсника бывают крайне редко; чаще из строя выходит один элемент, а уже вследствие этого другой.
Параметры радиоэлементов могут изменяться во времени вплоть до выхода из поля допуска. При поиске дефектов следует учитывать закономерности изменения параметров радиоэлементов:
· сопротивление резистора не может уменьшиться по сравнению с первоначальным,
· емкость конденсатора не может возрасти по сравнению с первоначальной,
· у конденсатора может появиться проводимость.
В схему дефектного Г-образного четырехполюсника может входить не два элемента, а значительно больше. Поэтому в качестве Z1 следует рассматривать все последовательно включенные элементы от точки, где напряжение U соответствует норме, вплоть до точки дефекта. В качестве Z2 должны рассматриваться все элементы, включенные параллельно выходу четырехполюсника.
Коэффициент шума (дифференциальный) четырехполюсника определяется как отношение суммарной мощности шума на выходе от всех причин, к мощности шума на выходе при условии, что сам четырехполюсник не шумит; причем на входе источник шума находится при стандартной температуре T0 =290 o K.
Коэффициент шума – эта характеристика четырехполюсника и она не зависит от мощности сигнала и шума на входе. Поэтому в качестве источника шума на входе выбирается генератор шума, который излучает ту же мощность, что и резистор, равный опорному сопротивлению Zo (обычно 50 Ом). Теперь рассмотрим четырехполюсник с вынесенными из него шумами, описанными как автономные шумовые генераторы 1 и 2. Коэффициент шума не зависит от нагрузки, а точнее, не зависит от рассогласования на выходе (поскольку мощности зависят одинаково). Собственные шумы нагрузки учитываются в шумах следующего каскада.
Так как коэффициент шума не зависит от нагрузки, то положим, что на выходе включено сопротивление:
.
Передаточная функция для линейного четырехполюсника определяется только внутренней структурой четырехполюсника и параметрами ее элементов и не зависит от характера возмущения на ходе прибора.
Вид частотных и фазовых характеристик четырехполюсника определяется соответственно модулем и аргументом его передаточной функции. При синтезе четырехполюсника по рабочим параметрам задаются рабочей передаточной функцией или ее модулем и аргументом. Рассмотрение характеристики рабочего затухания в децибелах упрощается при использовании квадрата рабочего ослабления. Соответственно при синтезе четырехполюсников принято задавать не частотную характеристику.
На входе четырехполюсника действует сигнал, который необходимо усилить. Основными показателями усиления будут следующие параметры:
Если на входе четырехполюсника действует колебательное напряжение с огибающей, изменяющейся по закону Е (t).
Если на входе четырехполюсника действует единичный импульс ЭДС, обладающий спектральной плотностью, равной единице для всех частот. Следовательно, отклик на единичный импульс, т. е. импульсная характеристика цепи, легко определяется с помощью обратного преобразования Фурье, примененного к передаточной функции;
Если на входе линейного четырехполюсника действует сигнал произвольной формы в виде ЭДС(t), то, применяя спектральный метод, нужно определить спектральную плотность входного сигнала.
Коэффициенты четырехполюсника можно определить из решения системы уравнений, что весьма трудоемко при сложной цепи. Проще найти эти коэффициенты для имеющегося четырехполюсника из опыта. Вследствие линейности четырехполюсника коэффициенты не зависят от значений токов и напряжений на входе и выходе.
Диффузионную емкость коллекторного перехода целесообразно рассмотреть для режима насыщения, для которого характерна двусторонняя инжекция неосновных носителей через оба перехода. При этом каждый переход, помимо инжекции носителей в базу, собирает подходящие к его границе носители, инжектированные в базу другим переходом. В режиме насыщения при том же токе эмиттера ток базы больше, чем в активном… Читать ещё >
Биполярный транзистор, как линейный четырехполюсник. Параметры транзистора ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Грамотное решение задач о рациональном создании и разработке радиоэлектронных устройств, как правило, связано с использованием различных систем параметров, в основе которых лежат так называемые физические параметры, характеризующие основные физические процессы в транзисторе. К физическим параметрам относят: коэффициенты передачи тока (а и р),.
дифференциальные сопротивления переходов, объемные сопротивления областей, коэффициенты обратной связи по напряжению, емкости переходов и ряд других.
Все перечисленные параметры так или иначе связаны с токами, напряжениями и их изменениями в цепях эмиттера, базы и коллектора. Транзистор можно рассматривать как линейный четырехполюсник (рис. 4.15), параметры которого будут определяться в основном физическими параметрами. Связь между токами и напряжениями в таком четырехполюснике может быть представлена двумя, в общем случае нелинейными, функциями, в которых в качестве независимых переменных могут выступать любые две из четырех величин (см. рис. 4.15): /, /2, и, и2. При малых изменениях токов и напряжений статические характеристики транзистора можно аппроксимировать линейными функциями. Функциональные зависимости переменных составляющих токов и напряжений также будут линейными. Таким образом, малые переменные составляющие, относительно сравнительно больших постоянных составляющих, можно рассматривать как малые приращения токов А/ и напряжений, А и.
Из большого количества функциональных зависимостей, определяемых величинами /, /2, и19 и2, наиболее распространенными для биполярных транзисторов являются системы смешанных параметров, у которых в качестве независимых переменных выступают входной ток /, и выходное напряжение I/2- Используемые функциональные зависимости имеют вид.
Вычислим полные дифференциалы для зависимостей (4.17), т. е. будем рассматривать только малые изменения токов и напряжений.
Рис. 4.15.
Тогда систему уравнений (4.18) можно записать в следующем виде:
В системе уравнений (4.19) дифференциалы dUl9 dU2> d/, d/2 можно заменить приращениями, равными комплексным амплитудным значениям малых гармонических колебаний.
Если зафиксировать одну из зависимых переменных, то коэффициенты htj обретут вполне определенный физический смысл и примут следующий вид:
hu = dU1/dIl (при U2 — const) — имеет смысл входного дифференциального сопротивления при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей (dU2 = 0);
hi2 = dUx/dU2 (при /j = const) — коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (d/, = 0);
Л21 = d/2/dJ, (при U2 = const) — коэффициент передачи тока при коротком замыкании выхода по переменному току (dU2 = 0);
h22 = dI2/dU2 (при /j = const) — выходная проводимость при разомкнутом входе для переменной составляющей (d 1Х = 0).
Конкретные значения параметров зависит от постоянных составляющих входного тока и выходного напряжения, от схем включения. На низких частотах влияние внутренних емкостей транзистора невелико и Л-параметры являются действительными величинами. В этом случае дифференциальные Л-параметры нетрудно вычислить по статическим характеристикам транзистора, заменив дифференциалы малыми приращениями.
Для примера рассмотрим схему с ОЭ, для которой входным током /, является ток базы /в, а выходное напряжение U2 = *= ?/ко, входное напряжение Ux = 1/БЭ, а выходной ток /2 = /к. Параметры htj для схемы с ОЭ, т. е. Л11Э, Л12Э, легко определить с помощью семейства входных характеристик (см. рис. 4.13, б), а Л12Э и Л22Э вычисляются по выходным характеристикам (см. рис. 4.14).
При графическом определении & параметров по характеристикам дифференциалы заменяются малыми конечными приращениями токов (А/) и напряжений (Д?/). Значения приращений выбираются таким образом, чтобы нелинейностью характеристик можно было пренебречь, т. е. выбранные участки статических ВАХ должны с хорошей степенью точности аппроксимироваться линейными отрезками.
Выбирая две соседние кривые на рис. 4.13, нетрудно построить характеристический треугольник АВС, стороны которого равны приращениям ДС/ВЭ и Д/в. Приращение Д1/к;) представляет разность напряжений икэ для соседних характеристик, которая для случая, показанного на рис. 4.13, б, равна |Д?/кз1 = 9 В. Учитывая сказанное, Л11Э = Д?/Бэ/Д/б и Л12Э = Д^бэ/Д^Лсэ* Проводя подобные операции с семейством выходных характеристик, находим приращения Д/к, Д/Б и Д?/к и, следовательно,.
Аналогичным образом можно вычислить Л-параметры и для схемы с ОБ, в которой /1 = /э, /2 = /к, = С/эв, и2 — ?/кв.
Рассмотрим для этого случая физический смысл Л параметров в активном режиме на низких частотах.
г Д е г б — эквивалентное сопротивление базы, зависящее от ее объемного сопротивления гв и геометрии транзисторной структуры.
Сопротивление эмиттерной области обычно пренебрежимо мало из-за высокой концентрации примесей в ней. Множитель (1 — а) в (4.20) обусловлен тем, что в цепи базы протекает только часть переменной составляющей тока эмиттера Д/э — Д/к = д/э — ® Д^э = (1 — д/э*.
В схеме с ОЭ входным током является ток базы, поэтому входное сопротивление будет иметь иное значение, чем в схеме с ОБ:
Как видно из сравнения выражений (4.20) и (4.21), входное сопротивление для схемы с ОЭ при гв У л — напряжение Эрли, — статический коэффициент обратной связи по напряжению без учета г н и г к* Поскольку коэффициенты аир связаны между собой, то и все Л параметры для различных схем включения связаны между собой. Для схемы с ОЭ они выражаются через параметры схемы с ОБ следующим образом:
Преимуществом системы Л параметров для биполярных транзисторов является простота их измерения на переменном токе, поскольку в этом случае легко обеспечить режим холостого хода на входе из-за малости входного сопротивления и режим короткого замыкания на выходе из-за большого выходного сопротивления в активном режиме.
В результате Л-параметры измеряют в режимах, близких к режимам работы транзисторов в реальных схемах.
В силу сказанного в справочниках по транзисторам низкочастотные параметры приводятся в системе Л-параметров.
На очень высоких частотах и в СВЧ-диапазоне из-за влияния паразитных емкостей транзистора трудно осуществить режим холостого хода для переменных сигналов, что ограничивает применение Л-параметров. В СВЧ используется специальная система? параметров, которые формируются с помощью волновых параметров линий передачи.
Система у-параметров. Для расчета электрических схем часто целесообразно использовать другие параметры. К таким параметрам можно отнести г/ параметры, при вычислении которых в качестве независимых переменных используются входное 1/1 и выходное и2 напряжения. В этом случае уравнения четырехполюсника имеют вид.
Отметим, что «/-параметры достаточно просто выражаются через Л-параметры:
На практике «/-параметры измеряются в режимах короткого замыкания по переменному току входной и выходной цепи транзистора. Их часто используют для определения параметров полевых транзисторов (см. главу 6), которые имеют большие входные и выходные сопротивления. Для биполярных транзисторов (/-параметры проще измерять на высоких частотах по сравнению с /[-параметрами. Из-за малых емкостных сопротивлений на высоких частотах сильное влияние оказывают межэлектродные емкости.
Как уже отмечалось, дифференциалы токов и напряжений можно заменить комплексными амплитудами токов и напряжений. На низких частотах влияние емкостей практически отсутствует, поэтому токи и напряжения находятся в фазе и их отношения являются действительными числами.
На высоких частотах влияние емкостей приводит к тому, что между переменными токами и напряжениями происходит сдвиг по фазе. В результате входные и выходные сопротивления являются комплексными. Однако при больших входных и/или выходных сопротивлениях и на высоких частотах эти сопротивления могут носить чисто емкостный характер. В силу сказанного емкость транзистора рассматривается как один из основных параметров.
Емкости транзисторов определяются диффузионными и барьерными емкостями эмиттерного и коллекторного переходов, которые вычисляются аналогично емкостям отдельного р—/[-перехода (см. главу 2). При прямом напряжении ток эмиттера задает полный заряд избыточных (инжектированных) носителей, который однозначно связан с диффузионной емкостью эмиттерного перехода СЭдИф. В соответствии с формулой (2.29) диффузионная емкость равна.
где /пр в — среднее время пролета дырок через базу, которое должно быть меньше их времени жизни. Формула (4.28) справедлива для частот / т. е.
Неравенства (4.29) определяют условия существования режима насыщения в схеме с ОЭ. Полный заряд неосновных носителей в режиме насыщения равен сумме зарядов для активного и инверсного режимов. По сравнению с активным режимом при насыщении появляется избыточный заряд электронов в коллекторе, поскольку степень легирования базы выше, чем коллектора, этот избыточный заряд определяет диффузионную емкость коллекторного перехода.
где тКэф — эффективное время жизни неосновных носителей в коллекторе. Это выражение справедливо при частоте / Показать весь текст Стоимость уникальной работы
Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 (рис. 5.23).
Рис. 5.23. Схема четырехполюсника
В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, 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 I1 и I2, а напряжения U1 и U2 будем определять как функции этих токов. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид:
Коэффициенты zik в этих уравнениях определяются следующим образом:
- определяются как входное и выходное сопротивления.
- сопротивления обратной и прямой передач.
Измерения z-параметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I1 = 0) и выходе (I2 = 0). Реализовать режим разомкнутого входа I1 = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера в несколько кОм уже позволяет считать I1 = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I2 = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающее сопротивление в цепи коллектора в силу этого 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. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:
Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:
- входная и выходная проводимости.
- проводимости обратной и прямой передач.
Измерение y-параметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U1 = 0) и выходе (U2 = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе (U1 = 0) для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно составлять доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходе U2 = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и замыкающие сопротивления в цепи коллектора могут 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 задаются 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:
Значения 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 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.
Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника:а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5.24а, а также выражениями для вольт-амперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:
Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:
Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать h-параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.
Таблица 2. Связи между h параметрами
Дифференциальные параметры биполярных транзисторов зависят от режимов их работы. Для схемы с общим эмиттером наибольшее влияние испытывает коэффициент усиления эмиттерного тока h21э в зависимости от тока эмиттера. На рисунке 5.25 приведена эта зависимость для транзисторов КТ215 различных типономиналов. В области малых токов (микромощный режим) коэффициент усиления уменьшается вследствие влияния рекомбинационной компоненты в эмиттерном переходе, а в области больших токов (режим высокого уровня инжекции) - коэффициент усиления уменьшается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.
Рис. 5.25. Зависимость коэффициента h21э для различных транзисторов марки КТ215Д от эмиттерного тока Iэ [24, 29]
Читайте также: