Усилительные свойства транзисторов
Токи транзистора в схеме включения с ОЭ (см. рис.8), работающего в активном режиме, связаны уравнением
.
Отношение тока коллектора к току эмиттера называют коэффициентом передачи тока
,
откуда ток базы
где IK0 = 0,1…10 мкА у кремниевых и IK0 = 10…100 мкА у германиевых транзисторов
Схема включения транзистора с ОЭ является наиболее распространенной вследствие малого тока базы во входной цепи и усиления входного сигнала как по напряжению, так и по току.
Транзистор может работать на постоянном токе, малом переменном сигнале, большом переменном сигнале и в ключевом (импульсном) режиме.
Основные свойства транзистора определяются соотношениями токов и напряжений в различных его цепях и взаимным их влиянием друг на друга. На рис.9 представлены семейства входных (а) и выходных (б) статических характеристик транзистора в схеме с ОЭ. Они могут быть получены в результате эксперимента или расчёта.
Семейства характеристик, которые связывают напряжения и токи на выходе с токами и напряжениями на входе, называют характеристиками передачи или управляющими характеристиками. В качестве примера на рис.7, в приведена управляющая характеристика по току транзистора (коэффициент передачи тока) при напряжении , т. е.
.
Входные и выходные характеристики транзистора обычно приводятся в справочниках (каталогах) транзисторов, которые широко используют для анализа работы транзисторов и для расчета схем при больших сигналах.
Биполярный транзистор в различных схемах подключения можно представить как четырехполюсник и, соответственно, рассчитать его параметры для любой схемы. Для транзистора характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 (рис.10).
Рис.10. Представление транзистора как четырёхполюсника.
I1, U1 - ток и напряжение на входе транзистора; I2, U2 - ток и напряжение на выходе транзистора.
В зависимости от того, какие из этих величин взять за независимые переменные, а какие - за зависимые, линейный четырехполюсник можно описать шестью различными системами уравнений. На практике используются три основных зависимости между входными и выходными величинами, которые отражены в таблице 1.
Таблица 1. Зависимости между входными и выходными величинами четырехполюсника
Независимые переменные | I1, I2 | U1, U2 | I1, U2 |
Зависимые переменные | U1, U2 | I1, I2 | U1, I2 |
В соответствии с этими зависимостями можно получить три системы параметров транзистора: система Z - параметров, система Y - параметров и система H - параметров.
Система z-параметров.Если в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника взять токи I1 и I2, а напряжения U1 и U2 определять как функции этих токов, то связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид:
U1 = z11I1 + z12I2;
U2 = z21I1 + z22I2.
Коэффициенты zik в этих уравнениях определяются следующим образом:
z11 = U1/I1 при I2 = 0 и Z22 = U2/I2 при I1 = 0
z11, z22 - входное и выходное сопротивления;
Z12 = U1/I2 при I1 = 0 и Z21 = U2/U1 при I2 = 0
z11, z22 - сопротивления обратной и прямой передач.
Измерения z-параметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I1 = 0) и выходе (I2 = 0).
Система y-параметров.Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U1 и U2, а токи I1 и I2 будем определять как функции этих напряжений. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:
I1 = y11U1 + y12U2;
I2 = y21U1 + y22U2.
Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:
y11 = I1/U1 при U2 = 0 и y22 = I2/U2 при U1 = 0
y11, y22 - входная и выходная проводимости;
y12 = I1/U2 при U1 = 0 и y21 = I2/U1 при U2 = 0
y12, y21 - проводимости обратной и прямой передач.
Измерение y-параметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U1 = 0) и выходе (U2 = 0) (Параметры транзистора как четырехполюсника).
Система h-параметров.Наиболее часто используется система h-параметров, которая представляет собой комбинированную систему из двух предыдущих.
В режиме усиления малых сигналов транзистор в схеме с ОЭ часто представляют в виде линейного четырехполюсника, входные и выходные параметры которого связаны следующими уравнениями:
;
где ( ) - входное динамическое сопротивление транзистора (h11Э = 100…1000 Ом); ( ) - безразмерный коэффициент внутренней обратной связи по напряжению, значение которого лежит в пределах 0,002…0,0002 (при расчётах им часто пренебрегают, т. е. полагают равным нулю); ( ) - коэффициент передачи (усиления) тока при постоянном напряжении на коллекторе; его также обозначают или ;
( ) - выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы (h22Э = См).
Параметры схемы замещения транзистора с ОЭ в h-форме определяют по его входным и выходным характеристикам (см. рис.7).
Для определения входных сопротивлений транзистора необходимо воспользоваться эквивалентными схемами, которые должны отражать реальные свойства замещаемых транзисторов. Широкое распространение получили так называемые Т-образные эквивалентные схемы (рис. 11).
При построении эквивалентной схемы транзистора исходят из того, что эмиттерный и коллекторный переходы, так же как и тонкий слой базы, обладают некоторыми определенными сопротивлениями, равными соответственно rэ, rк и rб. Поэтому простейшей эквивалентной схемой транзистора служит цепь, составленная из сопротивлений rэ, rк и rб, соединенных между собой, как показано на рис. 11,а.
Рис.11. Эквивалентные Т-образные схемы транзистора: а - без дополнительного генератора; б - для схемы с общей базой; в - для схемы с общим эмиттером; г - для схемы с общим коллектором.
Переходная характеристика.Переходная характеристика — зависимость от времени выходного напряжения усилителя, на вход которого подан мгновенный скачок напряжения. Эта характеристика дает возможность определить переходные искажения, которые в области малых времен характеризуются фронтом выходного напряжения и оцениваются временем установления и выбросом фронта. В области больших времен искажается вершина импульса. Эти искажения оценивают относительным (в %) значением спада плоской вершины к моменту окончания импульса.
Основные типы транзисторов.Все современные транзисторы можно классифицировать по мощности на транзисторы малой, средней и большой мощности и по частоте – на транзисторы низкой, средней, высокой и сверхвысокой частоты (табл. 2).
Обозначение транзисторов состоит из четырех элементов. Первый элемент, как у диодов, буква или цифра, обозначающая полупроводниковый материал; второй элемент – буква (для транзисторов – Т); третий элемент – число, указывающее назначение или электрические свойства прибора (табл. 2). Четвертый элемент – буква, указывающая разновидность типа из данной группы транзисторов. Например, ГТ310А – германиевый маломощный высокочастотный транзистор.
Таблица 2.
Частоты | Транзисторы | ||
Маломощные, менее 0,3 Вт | Средней мощности, 0,3 …1,5 Вт | Мощные, более 1,5 Вт | |
Низкая частота Средняя частота Высокая астота | 101 – 199 201 – 299 301 – 399 | 401 – 499 501 – 599 601 – 699 | 701 – 799 801 – 899 901 – 999 |
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 1593;