7. Параметры биполярного транзистора.

Все параметры биполярного транзистора подразделяются на первичные, вторичные и электрические.

Первичные параметры характеризуют связь между постоянными составляющими тока и напряжения в транзисторе. К ним относятся резистивные элементы схемы замещения транзистора

Вторичные параметры характеризуют связь между переменными составляющими токов и напряжений на входе и выходе транзистора. В этом случае транзистор рассматривается как четырёхполюсник и для оценки его свойств используется система уравнений формы Н. В области частот до сверхвысокочастотного диапазона вторичные параметры обозначаются через малые h. Тогда система уравнений формы h в приращениях принимает вид:

В тех случаях, когда ток или напряжение не изменяются (имеют постоянное значение) очевидно, что их приращение равно нулю. Исходя из этого рассмотрим физические свойства h-параметров. При неизменном выходном напряжении его приращение равно нулю

Тогда из первого уравнения системы находим :

Из полученного соотношения видно, что есть величина динамического входного сопротивления транзистора при неизменном значении выходного напряжения.

Из второго уравнения находим :

Видно, что является коэффициентом усиления по току при неизменном выходном напряжении. При неизменном входном токе его приращение равно нулю:

При выполнении этого условия из первого уравнения находим :

Из полученного соотношения видно, что является обратной величиной коэффициента усиления по напряжению при неизменном входном токе.

Из второго уравнения находим :

Из полученного соотношения видно, что представляет выходную динамическую проводимость или равно обратному значению выходного динамического сопротивления.

Для различных схем включения транзистора -параметры имеют различные значения и могут быть определены с помощью семейств входных и выходных статических характеристик. Рассмотрим как это делается для наиболее распределённой схемы включения транзистора с общим эмиттером. Предварительно представим - параметры через токи и напряжения транзистора, включённого по схеме с О.Э. : для того, чтобы подчеркнуть, что -параметры относятся к схеме с О.Э. рядом с индексом ставится буква “Э”:

; ;

; .

На рисунке 3.20 представлены семейства входных и выходных статических характеристик для транзистора, включенного по схеме с О.Э., с помощью которых будем определять -параметры. Параметр определяется с помощью семейства входных статических характеристик.

Рисунок 3.20 – Семейства статических входных (а) и выходных (б) характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером для определения -параметров

Для этого выбирается статическая характеристика, снятая при коллекторном напряжении, близком или равном напряжению, при котором работает транзистор в схеме. Для примера выберем характеристику, снятую при коллекторном напряжении . На этой характеристике берем отрезок (точки 1-2), для него находим и . Взяв отношение этих величин, находим . Если известно при каком базовом токе или базовом напряжении работает транзистор, то отрезок участка на характеристике берётся в окрестности этих значений.

Параметр так же определяется по семейству входных статических характеристик. Это параметр определяется при условии, что ток базы не изменяется. Для этого выбирается значение тока базы, близкое к рабочему значению и проводится горизонтальная линия до пересечения с вольтамперными характеристиками. Берутся две точки на двух характеристиках (точки 3 и 4) и для них находим (как показано на рисунке). Величина определяется, как разница коллекторных напряжений, при которых сняты В.А.Х. с точками 3 и 4:

Отношение найденных приращений напряжений даёт значение

-коэффициента усиления по напряжению.

Параметр определяется с помощью семейства выходных статических характеристик, при неизменном значении напряжения на коллекторе. Поэтому отмечаем напряжение и проводим вертикальную линию до пересечения с вольтамперными характеристиками. Выбираем две характеристики с которыми пересекалась эта вертикаль (точки 1 и 2). Каждой из этих точек соответствует определённый коллекторный ток. Вычитая из большого значения коллекторного тока меньшее значение определяем величину . Каждая из характеристик, на которой лежат точки 1 и 2 снималась при определённых значениях токов базы. Вычитая из большего меньшее значение тока базы находим . В нашем случае:

Берём отношение найденных приращений токов и находим значение - коэффициент усиления тока.

Определение так же осуществляется с помощью семейства выходных статических характеристик. Этот параметр определяется при неизменном значении тока базы . Для определения выбирает одна характеристика из семейства выходных характеристик, снятая при определённом значении тока базы . Для примера выбрана характеристика, снятая при базовом токе . На этой характеристике выбираем отрезок (точки 3 и 4). Этому отрезку соответствует определённое приращение коллекторного тока и определённое приращение коллекторного напряжения . Берём отношение этих величин и находим .

Электрические параметры транзистора:

1. Предельная частота усиления по току. С увеличением частоты ухудшаются усилительные свойства транзистора по току – коэффициент усиления по току уменьшается. Это объясняется инерционностью носителей заряда и наличием барьерных емкостей в p-n переходах. Так как с увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, то барьерные емкости с увеличением частоты закорачивают отдельные участи цепи. В схемах замещения транзисторов, включенных по схеме с О.Б. и с О.Э., барьерная емкость коллекторного перехода подключена параллельно генератору тока. С увеличением частоты уменьшается сопротивление этой емкости и часть тока генератора замыкается на барьерной емкости, что ведёт к уменьшению тока коллектора. В схеме включения транзистора с О. Э. процесс уменьшения коэффициента усиления по току усугубляется еще тем, что эмиттерная барьерная емкость включена параллельно входной цепи (смотрите схему замещения рисунок 3.19) и с увеличением частоты закорачивает её. Поэтому снижение коэффициента усиления по току в схеме с О. Э. происходит на более низких частотах, чем в схеме с О. Б. На рисунке 3.21 показаны зависимости относительных значений коэффициентов усиления по току от частоты при включении транзисторов по схемам с О. Э. и с О. Б..

Рис. 3.21 Зависимости относительных значений коэффициентов усиления по току от частоты при включении транзисторов по схемам с общим эмиттером и с общей базой

Здесь - коэффициент усиления по току на нулевой частоте.

Предельной частотой усиления по току (или ) называется частота, при которой коэффициент усиления по току (или ) уменьшается в раз (на 3 дБ) по отношению к своему значению на низких частотах. На рис. 3.21 показано определение предельной частоты для транзистора, включенного по схеме с О. Б. () и с О. Э. ().

2. Максимальная частота генерации. При построении автогенераторов (устройств, способных самовозбуждаться и создавать периодические колебания при отсутствии внешнего входного сигнала) необходимо, чтобы коэффициент усиления по мощности транзистора был больше единицы. Когда коэффициент усиления по мощности будет меньше единицы (при К_р < 1), транзистор вырождается в пассивный четырехполюсник. При частоте выше предельной частоты усиления по току в определенном интервале частот транзистор обладает коэффициентом усиления по мощности больше единицы. В этом интервале частот он может использоваться для построения автогенераторов.

Максимальной частотой генерации () называется такое значение частоты, при которой транзистор еще способен генерировать колебания в схеме автогенератора. Максимальная частота определяется по формуле:

В этой формуле в зависимости от схемы включения в качестве предельной частоты берется для схемы включения О. Б. или для схемы включения О. Э. и определяется для соответствующей схемы включения.

3. Обратный ток коллектора I_ко - ток через p – n переход коллектора при обратном напряжении на коллекторном переходе. Он имеет место в транзисторе при нулевом базовом токе.

4. Ёмкость коллекторного перехода С_к - измеряется между выводами коллектора и базы при разомкнутой цепи коллектора и имеет значение от единиц до сотен пикофарад. Коллекторная емкость негативно сказывается на показателях работы транзистора, как в усилительном, так и ключевом режимах.

5. Допустимая мощность рассеивания коллектора - () мощность, рассеиваемая транзистором и создающая такой тепловой режим, при котором не изменяются электрические свойства транзистора.