И его статические характеристики

Величины, связывающие малые приращения токов и напряжений, что имеет место для переменной (сигнальной) составляющей токов и напряжений, называют дифференциальными параметрами транзистора. Критерием малости изменений токов и напряжений является линейность связи между ними, следовательно, дифференциальные параметры не зависят от амплитуды переменных составляющих токов и напряжений. Поэтому схемы включения транзистора, приведенные на рис. 2 а-в, можно представить в виде активного линейного четырехполюсника (рис. 3).

Рис. 3. Условное обозначение четырехполюсника

На практике, для анализа транзисторных усилителей как четырехполюсников, наиболее часто используется система – параметров. С ее помощью устанавливается взаимосвязь между входными и выходными электрическими параметрами четырехполюсника (Ù_1, İ₁, Ù₂, İ₂).

Принимая за независимые переменные входной ток İ₁ и выходное напряжение Ù₂, запишем уравнение четырехполюсника в системе - параметров:

, (2)

где – входное сопротивление четырехполюсника при коротком замыкании на его выходе для переменной составляющей тока;

– коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе четырехполюсника для переменной составляющей тока;

– коэффициент передачи по току четырехполюсника при коротком замыкании на выходе;

– выходная проводимость четырехполюсника при холостом ходе на его входе для переменной составляющей тока.

Для транзистора значения H - параметров зависят от схемы его включения. Поэтому в их обозначении вводится третий индекс (Б, Э или К), определяющий схему включения. Например, параметр представляет собой коэффициент передачи по току в схеме с ОБ при малом сигнале ( - в режиме большого сигнала) и т.д.

Рассмотрим статические характеристики для транзистора, включенного по схеме с ОЭ (рис. 4), как наиболее распространенной схемы включения (см. рис. 3б). Входной вольт–ампе6рной характеристикой (ВАХ) транзистора, включенного по схеме с ОЭ, является зависимость входного тока ( ) от входного напряжения ( ), т.е. при постоянном выходном напряжении( = const). Для тепловой ток в цепи коллектора отсутствует, а зависимость соответствует ВАХ эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении. Для в цепи коллектора появляется ток , направленный навстречу току . Для компенсации этого тока в цепи базы нужно создать ток , приложив соответствующее напряжение . Это приводит к смещению входной характеристики вправо вниз (см. рис. 4а).

Рис. 4. Статические ВАХ транзистора по схеме с ОЭ а) входные

статические ВАХ; б) выходные статические ВАХ

Выходной ВАХ транзистора по схеме с ОЭ является зависимость при постоянном токе базы . Если , то в цепи коллектора протекает только тепловой ток, т.к. в этом случае инжекция дырок из эмиттера в базу (для – транзистора) или инжекция электронов из эмиттера в базу (для – транзистора) отсутствует. При ток в цепи коллектора не протекает. Это объясняется тем, что напряжение и направлены встречно друг другу, т.е. потенциал коллектора выше потенциала базы и коллекторный переход при этом оказывается закрыт. Поэтому выходные характеристики не пересекают ось ординат (рис. 4б). Числовые значения токов и напряжений на рис. 4 типовые и даны для выполнения расчетного задания.

Для дифференциальных параметров транзистора в схеме с ОЭ (для переменного сигнала имеют значения приращения токов и напряжений) систему h – параметров (2) можно представить в виде:

.

Тогда, фиксируя поочередно U_КЭ и I_Б (при этом их приращения в приведенной системе уравнений равны нулю), можно записать:

– (3)

– имеет смысл входного дифференциального сопротивления транзистора;

– (4)

– имеет смысл коэффициента обратной связи по напряжению;

– (5)

– имеет смысл коэффициента передачи (усиления) тока в схеме с ОЭ;

– (6)

– имеет смысл выходной дифференциальной проводимости.

Все приведенные выше - параметры транзистора можно определить графически, используя его входную и выходную ВАХ. Для этого необходимо выбрать рабочую точку, например, точку (см. рис. 5), в окрестностях которой будут расположены токи и напряжения усиливаемого сигнала.

Параметры и определяются с помощью семейства входных характеристик транзистора см. рис. 5а.

Определим для заданной рабочей точки. На входной ВАХ рис. 5а (для нее U_кэ = const) в окрестностях рабочей точки А выбираем две вспомогательные точки и . Для них определяем значения и и, подставляя их в (3), рассчитываем входное дифференциальное сопротивление. Приращения и выбирают так, чтобы не выходить за пределы линейного участка.

Рис. 5. К определению - параметров транзистора а) входная статическая ВАХ транзистора; б) выходные статические ВАХ транзистора

Графическое определение параметра производится следующим образом. На входных характеристиках (рис. 5а), в окрестности рабочей точки для фиксированного тока базы (например, I_бА1,), определяются точки А₁ и А^'₁ на характеристиках, снятых для постоянных напряжений U_кэ1, U_кэ2. Проекции точек А₁, А^'₁ на ось абсцисс позволяют определить , а разность U_кэ1 и U_кэ2 – ΔU_кэ. Подставляя найденные значения приращений и ΔU_кэ в (4), определим значение .

Параметры и определяются с помощью семейства выходных характеристик транзистора см. рис. 5б.

Для нахождения параметра выбираем две вспомогательные точки и при постоянном значении напряжения . Определяем приращение тока базы и соответствующее ему приращение тока коллектора . Воспользовавшись соотношением (5) получаем значение коэффициента передачи тока базы.

Параметр определяется по наклону выходной характеристики в заданной рабочей точке , при постоянном значении тока базы (например, ). Для нахождения требуемых приращений выбирают две вспомогательные точки и . Для них определяют приращение коллекторного напряжения и приращение коллекторного тока (см. рис. 5б). Подставляя их в (6), определим значение выходной дифференциальной проводимости.