§6 Представление транзистора в виде четырехполюсника и системы статистических параметров.

На практике чаще пользуются внешними параметрами, которые можно получить, если VTрассматривать как активный линейный четырехполюсник, т.е. как электрическую схему, имеющую два входных и два выходных зажима (полюса, рис.19).

Активнымназывается четырехполюсник, способный усиливать сигналы по мощности за счет энергии источника питания. Для того, чтобыVTможно было считать линейным четырехполюсником, амплитуды переменных напряжений, приложенных кVTу, должны быть достаточно малы, т.е. выходные параметры связывают входные и выходные переменные токи и напряжения и справедливы только для данного режимаVTи для малых амплитуд. Поэтому их называютнизкочастотными малосигнальными параметрами. Вследствие нелинейностиVTвторичные параметры изменяются при изменении его режима и при больших амплитудах.

Рис.19. Линейный четырехполюсник

Из четырех взаимосвязанных величин напряжений и токов на входе и выходе четырехполюсника можно выбрать любую пару в качестве независимых переменных. Тогда оставшиеся две величины будут независимыми переменными. При этом возможны шесть вариантов указанного выбора и соответственно шесть систем параметров четырехполюсника.

Z-параметры.

Если выбрать в качестве независимых переменных i₁ и i₂, то можно записать уравнения:

Эта система параметров носит название системы Z-параметров. Двузначные индексы при коэффициентах показывают, какую пару величин связывает данный параметр. Например, параметрZ₁₂связывает между собой u₁ иi₂, параметрZ₂₁ –u₂ иi₁и т.д. При этом первая цифра индекса относится к зависимой, а вторая – к независимой переменной.

Под велечинами, обозначаемыми малыми буквами подразумеваются не абсолютные значения, а их приращения, т.е.

u₁=ΔU₁

Т.о. система описывает, как изменятся зависимые переменные при некотором изменении независимых переенных. Данные системы называют системами малосигнальных параметров.

Данные уравнения справедливы для любых значений независимых переменных, в том числе и для i₁=0иi₂=0. Если положитьi₂=0 (холостой ход на выходе четырехполюсника, т.е. зажимы2-2разомкнуты для переменного тока), то уравнения примут вид

Откуда - входное сопротивлениеVTв режиме холостого хода на выходе.

- параметр, характеризующий степень воздействия входного тока на выходное напряжение, т.е. усиливает способность VT

Если положить i₁=0(холостой ход на входеVT, т.е. зажимы1-1 разомкнуты для переменного тока), то получим

- параметр, характеризующий влияние выходного тока на входное напряжение, т.е. обратную связь вVT.

- выходное сопротивлениеVTв режиме холостого хода на входе.

Система Z-параметров на практике неудобна тем, что при измерении параметровZ₁₁ иZ₂₂необходимо обеспечить на выходе режим холостого хода по переменному току (а для постоянного тока цепь оборвать нельзя, так как необходимо подавать напряжение питания наК). Для этого в цепьКнеобходимо включить индуктивность, сопротивление которого для переменного тока звуковой частоты было бы много больше выходного сопротивленияVTа.Это условие трудно выполнить, поскольку выходное сопротивлениеVTаочень велико. Поэтому системаZ-параметров не нашла широкого применения на практике.

Y-параметры.

Если в качестве переменных принять u₁и u₂, то получим системуy-параметров, имеющих размерность проводимости

При u₂=0(КЗ на выходе) получим

- входная проводимость в режиме КЗ на выходе;

- проводимость прямой передачи (крутизна проходной характеристики) – параметр, характеризующий усиливать способностьVTа.

При u₁=0(КЗ на входе) получим

- проводимость обратной связи;

- выходная проводимость в режиме КЗ на входе.

В системе y-параметров для измеренияy₁₂ иy₂₂ требуется режим короткого замыкания на входеVTа, что также трудно практически обеспечить, т.к. входное сопротивлениеVTмало и для получения режима короткого замыкания параллельного входуVTа должен быть включен конденсатор очень большой емкости (чтобы на низкой частоте выполнялось условие:1/ωc << R_вх).

Другой недостаток системы y-параметров в том, что для практического использования этой системы необходимо иметь семейство выходных статических характеристик, снятых при фиксированных значениях напряжения на входе (U_э=constилиU_б=const), а в справочниках обычно приводятся статические выходные характеристики, снятые при фиксированных значениях входного тока (I_э=const,I_б=const). Поэтому необходимо перестраивать указанные характеристики, что создает определенные неудобства.

Тем не менее, система y-параметров находит практическое применение при расчетахVTых усилителей и др. устройств, в которых используются цепи с параллельным соединением большого числа элементов. А в этом случае, как известно, удобнее пользоваться проводимостями.

h-параметры.

На практике наибольшее применение нашла смешанная система h-параметров, в которых параметры имеют разные размерности и легко измеряются. В системеh-параметров в качестве независимых переменных принимаютi₁ иu₂. При этом

Если положить u₂=0, то получим

- входное сопротивлениеVTв режиме КЗ на выходе ;

- коэффициент передачи (усиления) тока в режиме КЗ на выходе.

При i₁=0

- коэффициент обратной связи в режимеXXна входе ;

- выходная проводимость в режиме холостого хода на входе.

Указанные условия измерений: u2=0 (КЗ на выходе) иi1=0 ( ХХ на входе) обеспечиваются включением конденсатора достаточно большой емкости параллельно выходу транзистора и включением последовательно в цепь эмиттера катушки достаточной индуктивности. Необходимые при этом соотношения:ипрактически легко выполняются, так какочень велико, амало.

На рис.20 приведена эквивалентная схема транзистора как четырехполюсника, соответствующая h-параметрам.

Нами рассматриваемы три системы параметров транзистора как четырехполюсника. Из остальных трех возможных систем параметров две системы, у которых независимые переменные u1 иi1 , а такжеu2 иi2 вообще не могут быть использованы, так как не содержат таких важных параметров как входные и выходные сопротивления (проводимости), а оставшаяся системаg-параметров (тоже смешанная, но в качестве независимых переменных принятыu1 иi2 ) не находит применения на практике, так как требует обеспечения трудно выполнимых режимов ХХ и КЗ на выходе транзистора.

Рис.20. Эквивалентная схема транзистора как четырехполюсника, соответствующая h-параметрам

h-параметры транзистора, включенного по схеме с ОБ.

Низкочастотные h-параметры транзистора можно с достаточной точностью измерить без источника переменного напряжения (с-ла), используя приращения постоянных напряжений и токов. В этом случае отпадает также необходимость включения конденсатора параллельно выходу и катушки последовательно со входом транзистора, так как режим КЗ по переменному току на выходеu2=0 в данном случае обеспечивается неизменностью постоянного напряжения на выходе (u2=const), а режим ХХ по переменному току на входе (i1=0) – неизменностью постоянного входного тока (I1=сonst).

Для схемы с ОБ

- входное дифференциальное сопротивление транзистора в заданной точке. Условиенеобходимо соблюдать для того, чтобы измененияне влияли на, а значит, и на.

- коэффициент ОС по напряжению, показывающий, на сколько мВ нужно изменить Uэб для поддржания Iэ=constпри изменении Uкб на 1мВ. Условиеозначает, что приростыивызывают одинаковые по величине и противоположные по знаку приросты тока эмиттера и поэтому последний остается неизменным.

- коэффициент передачи тока эмиттера.

Условие говорит о том, что прирост тока коллекторавозник только за счет приращения тока эмиттера.

Параметр численно равен физическому параметру – дифференциальному коэффициенту передачи тока эмиттера в схеме с ОБ , но имеет отрицательный знак:

.

Последнее объясняется тем, что когда транзистор представляют как четырехполюсник, за положительное направление входного и выходного токов принимают направления в сторону четырехполюсника, то есть положительными считаются токи, втекающие в четырехполюсник(рис.19). А в схеме с ОБ коллекторный ток вытекает из транзистора и поэтому считается отрицательным.

- выходная проводимость транзистора.

Условие указывает на то, что в данном случае прирост коллекторного токаобусловлен лишь изменением коллекторного напряжения.

h-параметры транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

h-параметры транзистора, включенного по схеме с ОЭ, могут быть измерены с помощью схемы для снятия статических характеристик тиристора с ОЭ.

Для схемы с ОЭ:

- выходное дифференциальное сопротивление транзистора в заданной точке.

- коэффициент ОС по напряжению.

- коэффициент усиления по току (=).

- выходная проводимость.

При любой схеме включения h-параметры связаны с собственными параметрами транзистора. Например, для схемы ОБ:

Для схемы ОЭ:

Из этих формул можно определить собственные параметры, если известны h-параметры.

В табл.2 для схем ОЭ и ОБ указаны значения h-параметров, причем вместодано выходное сопротивление.

Таблица 2.

Значения h-параметров

Параметр	Схема ОЭ	Схема ОБ
	Сотни Ом – единицы кОм	Единицы – десятки Ом
	Десятки – сотни
	Единицы – десятки кОм	Сотни кОм – единицы МОм

Формулы, связывающие h-параметры для всех трех схем включения транзистора, даны в табл.3.

Таблица 3.

Схема ОБ	Схема ОЭ	Схема ОК

а)

б)

Рис.21.Входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

Находятся h-параметры транзистора по его статическим характеристикам для заданной точки в соответствии с формулами, приведенными выше. Причем необходимы не менее двух входных и двух выходных характеристик. В справочниках обычно приводятся две входные характеристики, например,и, а также семейство выходных характеристик. В качестве примера найдемh-параметры транзистора для схемы ОЭ.

Из выходных характеристик ( рис. 21,б) можно найти для заданной точки Т параметры и. По приращениямимежду точками А и Б при постоянном напряженииполучим:

Отношение приращений имежду точками В и Г при постоянном токе базыдает возможность определить:

, что соответствует выходному сопротивлению 40 кОм.

На входной характеристике (рис.21, а) указана точка Т для того же режима, что и на выходных характеристиках. По приращениям имежду точками А и Б при постоянном напряжениинаходим:

Для определения необходимо иметь не менее двух входных характеристик, снятых при разных. Для нашего случая:

При определении h-параметров для схемы с ОБ следует учитывать, что определение параметров и по семейству выходных характеристик дает большую погрешность из-за наклона последних и как следствие невозможностью точно определить величину, соответствующую выбранному значениюпри расчете и приростапри изменениипри определении .

,.

§7 Эл. пар-ры, классификация и система обозначенийVTов.

Основные Эл. пар-ры VTов, приводимые в справочниках:

- h_21э(β)-диф. коэф-т передачи тока базы;

- I_кбо-обратный ток К;

-f_гр- граничная частота(илиf_h21б– предельная частота). Иногда в справочниках вместоf_грилиf_h21бприводится ч-та, при которой измерен диф. коэф-т передачи тока базы. В этом случае граничная частота может быть определена по ф-леf_гр =h_21эf_изм..

Для многих VTов в справочниках приводятся так же значения постоянной времени цепи ОСr_бc_ки емкости к_гоперехода с_к.

К основным параметрам VTотносятся также важнейшие параметры предельных режимов, которые рекомендуется не превышать, но при которых еще обеспечивается заданная надежность. Это максимально допустимые:

-Uкбmax-постоянное обратное напряжение К-Б;

-Uкэmax- постоянное напряжение К-Э;

-Iкmax- постоянный ток К;

-Pкmax- мощность на К;

-t_пmax- температура к_гоперехода

VTы принято классифицировать в основном по двум наиболее важным показателям: максимально допустимой мощности рассеяния на К и граничной частоте.

По мощности рассеяния VTы делятся на группы: малой мощности(Pкmaxдо 0,3 Вт), средней(0,3…1,5 Вт) и большой(>1,5 Вт). В свою очередь,VTы каждой из этих групп делятся на низкочастотные (сf_гр до 3МГц), среднечастотные (3…30 МГц) и высокочастотные (>30 МГц).VTы с граничной частотой более 300 МГц относятся к сверхвысокочастотным.

Обозначение VTов согласно ГОСТ 10862-72 состоит из пяти элементов; н-р

КТ312Б–SiVTмалой мощности, высокой частоты, № разр. 12, группы Б.

К	Т	3	12	Б
Буква или цифра обозначает исходные материалы Г,1-Ge;К,2-Si; А,3- арсенид Ga	VT, бип.	Указывает на принадлежность к одной из приведенных выше групп по Рmaxиfгр, н-р., 3-мал. Р, высокоч-тн.	Число, обозн. порядоковых номер разработки VTот 01 до 99	Буква, х-щая деление технологического типа VTна параметрические группы.