Электроника в вопросах и ответах - Страница 21

Рис. 4.10. Транзистор в усилительной схеме ОБ (a), физическая модель транзистора, работающего в схеме ОБ (б), схема с ОБ в виде четырехполюсника с h-параметрами (в)

Между h-параметрами и параметрами транзистора, соответствующими Т-образной эквивалентной схеме, существует определенная связь:

h_11б ~= r_э, h_21б = — К_Iб, h_12б/h_22б = r_б, h_22б = 1/r_к

С помощью h-параметров можно определить параметры схемы, работающей в качестве усилителя, возбуждаемого от источника с внутренним сопротивлением R_г и нагруженного сопротивлением (рис. 4.10, а).

При расчете коэффициента усиления по напряжению К_U можно воспользоваться формулой

K_UБ = u_кб/u_вх = R_к/(h_11б + R_г) или K_UБ = u_кб/u_эб = R_к/h_1б

Коэффициент усиления по току схемы ОБ К_IБ = h_21Б ~ 1.

Выходное и входное сопротивления схемы определяются соответственно как

R_вых ~= 1/h_22б; R_вх ~= h_11б

Основные свойства схемы ОБ кратко можно свести к следующим: большое усиление по напряжению (не менее 1000), коэффициент усиления по току меньше единицы, большее усиление по мощности (примерно 1000), малое входное сопротивление (около 200 Ом), высокое выходное сопротивление (около 500 кОм).

Статические характеристики транзистора — зависимости между токами и напряжениями на различных электродах транзистора, которые получают при подаче на соответствующие электроды регулируемых постоянных напряжений. Статические характеристики снимают путем измерении в простой измерительной схеме либо находят в каталогах или справочниках, разработанных заводом-изготовителем. Статические характеристики позволяют определить ряд параметров транзистора и выбрать соответствующие условия работы, например при усилении сигналов переменного и постоянного тока.

Типичные статические характеристики транзистора в схеме ОБ представляют собой зависимость тока коллектора от постоянного напряжения между коллектором и базой, они называются выходными или коллекторными характеристиками. Такие характеристики можно определить для двух разных случаев: поддерживая постоянным ток эмиттера (рис. 4.11) или поддерживая постоянное значение напряжения эмиттер — база. В обоих случаях уже при малых напряжениях u_кб ток коллектора I_к достигает значения, которое незначительно возрастает при дальнейшем увеличении коллекторного напряжения, причем это возрастание связано в основном с ростом составляющей обратного тока I_кбо (I_ко), который существует из-за наличия неосновных носителей в полупроводнике и определяется для I_э = 0. Основная составляющая тока коллектора, связанная с основными носителями, не зависит от напряжения U_кб смещающего коллекторный переход в запирающем направлении.

Нулевое значение коллекторного тока I_к достигается при небольшом напряжении U_кб противоположной полярности, т. е. при смещении коллекторного перехода в проводящем направлении.

Если при снятии характеристики I_к = φ·(U_кб) в измерительной схеме поддерживается постоянным ток I_э, то ток I_э является в этом случае параметром. Для транзистора типа n-р-n напряжение U_кб и ток коллектора положительны, а для транзистора типа р-n-р — отрицательны[11].

По приведенной на рис. 4.11 характеристике можно простым способом определить коэффициент передачи тока h_21Б как отношение приращения тока коллектора ΔI_к к приращению тока эмиттера ΔI_э при постоянном напряжении коллектор-база (U_кб = const). Для ΔU_кб = 0

Из этих характеристик можно также определить параметр h_22б или выходную проводимость схемы ОБ, а именно:

Рис. 4. 11. Статические выходные характеристики транзистора в схеме ОБ

Схема ОЭ наиболее часто используется на практике, особенно при работе транзистора в качестве усилителя. В этой схеме входной сигнал подводится между базой и эмиттером, а нагрузка включается между коллектором и эмиттером (рис. 4.12, а). Наиболее часто используемой физической моделью или эквивалентной схемой для транзистора ОЭ является П-образная гибридная схема, представленная на рис. 4.12, б, которая отражает малосигнальные свойства транзистора в достаточно широком интервале изменений условий работы и частоты. Некоторые из элементов этой модели такие же как и для схемы ОБ. Проводимость g_б'к совместно с емкостью С_б'к определяет обратную связь с выхода на вход схемы. Проводимость g_кэ определяет выходное сопротивление схемы. Параметр S называется внутренней крутизной транзистора или взаимной проводимостью и выражается зависимостью

S = Δi_к/Δu_бэ

Внутренняя крутизна S обычно равна нескольким десяткам миллиампер на вольт.

Предельная частота f_гр схемы ОЭ определяет ту частоту, на которой коэффициент h_21э уменьшается на 3 дБ

f_гр = f_h11·(1 — h_21б) = f_h11/(1 + h_21э)

Схема ОЭ в виде четырехполюсника с h-параметрами представлена на рис. 4.12, в. Если известны h-параметры для схемы ОБ, то можно путем пересчета получить h-параметры для схемы ОЭ:

h_11э ~= h_21э·h_11б; h_21э = h_21б/(1 — h_21б); h_22э = h_21э·h_22б

Рис. 4.12. Транзистор в усилительной схеме ОЭ (а), физическая модель транзистора, работающего в схеме ОЭ (б) и схема ОЭ в виде четырехполюсника с h-параметрами (в)

Для определения параметров схемы ОЭ, используемой в качестве усилителя, возбуждаемого от источника сопротивлением R_г и нагруженного сопротивлением R_к (рис. 4.12, а), воспользуемся следующими соотношениями: