Транзистор как активный четырехполюсник, h-параметры транзистора

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.

∆U₁ = h₁₁∆I₁ + h₁₂∆U₂, (3.7)

∆I₂ = h₂₁∆I₁ + h₂₂∆U₂. (3.8)

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

. (3.9)

Из уравнения (3.9) следует, что это входное сопротивление транзистора.

Параметр h₁₂ найдем из уравнения (3.7), положив ∆I₁ = 0, т.е I₁= const

. (3.10)

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

. (3.11)

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

. (3.12)

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.

Входное сопротивление h_11(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ

. (3.13)

Коэффициент обратной связи по напряжению h_12(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ

. (3.14)

Коэффициент усиления по току h_21(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ равен коэффициенту b, определенному ранее (h_21(э) = b)

. (3.15)

Выходная проводимость h_22(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ

. (3.16)

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.

Входное сопротивление h_11(э) определяют по входной характеристике транзистора (рис. 3.29, б), снятой при напряжении U_кэ = 2 В. Входные характеристики, снятые при напряжениях U_кэ > 2, практически будут совпадать с ней, вследствие очень малой величины коэффициента обратной связи h_12(э) ≈ e.

Входная характеристика I_б = F(U_эб) имеет нелинейный характер и в разных точках характеристики сопротивления h_11(э) будут различны. Поэтому сопротивление определяют в точке с током базы I_0б, соответствующем режиму работы транзистора по постоянному току. Для определения h_11(э) проводят касательную к входной характеристике в точке, соответствующей току I_0б, и, определив приращения ∆U_эб и ∆I_б находят по формуле (3.13) величину дифференциального входного сопротивления

h_11(э) = ∆U_эб/∆I_б = d U_эб/dI_б. (3.13, а)

Коэффициент обратной связи по напряжению h_12(э) по вольт-амперным характеристикам не снимают ввиду его очень малой величины.

Коэффициент усиления по току h_21(э) определяют по семейству выходных характеристик (рис. 3.29, а). Для этого выбирают две характеристики I_к = F(U_кэ), соответствующие двум токам базы, например, I_б2 и I_б3. Проводят вертикальную линию из точки соответствующей напряжению на коллекторе транзистора, например U_кэ1, до пересечения с указанными характеристиками. Затем находят токи коллектора I_к2 и I_к3 на этих характеристиках и по формуле (3.15) определяют коэффициент усиления транзистора в схеме ОЭ

h_21(э) = ∆I_к/∆I_б = (I_к3 - I_к2)/( I_б3 - I_б2).

Выходную проводимость h_22(э) определяют по выходной характеристике I_к = F(U_кэ), снятой при токе базы, соответствующем режиму работы транзистора по постоянному току, например, I_б = I_б4 (рис. 3.29, а). На характеристике отмечают две точки, соответствующие двум напряжениям U_кэ, и находят приращение тока ∆I_к, соответствующее приращению напряжения ∆U_к. Затем по формуле (3.16) находят выходную проводимость

h_22(э) = ∆I_к/∆U_к,

которая определяет наклон характеристики I_к = F(U_кэ) к оси абсцисс. Величина, обратная h_22(э), есть выходное сопротивление r_вых(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).