H – параметры транзистора

Параметры транзистора, входящие в Т-образную схему замещения (рис. 1.29), непосредственно характеризуют физические свойства используемой трехслойной полупроводниковой структуры. Они могут быть рассчитаны по геометрическим размерам слоев и параметрам материала, из которого изготовлен транзистор. Однако прямое их измерение невозможно, поскольку границы раздела слоев и переходов структуры недоступны для подключения измерительных приборов. По этой причине в качестве измеряемых параметров транзистора выбраны те, которые отражают свойства транзистора как чет ырехполюсн и к а (точнее, трехполюсника).

Транзистор можно представить в виде линейного четырехполюсника, если в качестве измеряемых токов и напряжений принимать относительно небольшие их приращения, накладывающиеся на постоянные составляющие. Такие ограничения, как указывалось, приходится принимать во внимание ввиду того, что входные и выходные характеристики транзистора нелинейны и параметры транзистора зависят от режима его работы по току и напряжению входной и выходной цепей.

Рис. 1.30. К определению параметров транзистора как четырехполюсника

. Для небольших приращений (малых сигналов) напряжений и токов параметры транзистора как четырех­полюсника связаны линейной зависимостью как между собой, так и с физическими параметрами его Т-образной схемы замещения.

Связь между входными (U₁, I₁) и выходными (U₂, I₂) напряжениями и токами четырехполюсника (рис. 1.30) 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 обычно принимают приращения входного тока ΔI₁, и выходного напряжения ΔU₂, приращения входного напряжения ΔU₁ и выходного тока ΔI₂ выражают через так называемые h – параметрытранзистора:

Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется величинами U₁ = U_бэ, I₁ = I_б.; U₂ = U_кэ, I₂ = I_к.

Две из них можно считать независимыми, тогда две другие могут быть выражены через эти величины, Из практических соображений в качестве независимых удобно выбирать величины U_кэи I_б. Тогда U_бэ = F₁(I_б,U_кэ)и I_к = F₂(I_б, U_кэ).

В усилительных устройствах входным и выходным сигналами являются приращения входных и выходных напряжений и токов. При малых приращениях ΔU_бэ и ΔI_к справедливы равенства:

или

где h_ikэ — соответствующие частные производные, которые легко можно найти по входной и выходным характеристикам биполярного транзистора (рис. 2.15), включенного по схеме с общим эмиттером:

Параметр h_11эимеет размерность сопротивления и представляет собой входное сопротивление биполярного транзистора. Параметр h_12э - безразмерный коэффициент обратной связи по напряжению. Величина его лежит в пределах 0,002—0,0002. Как показывает анализустройств на транзисторах, в большинстве практических расчетов им можно пренебречь, т. е. принять равным нулю. Параметр h_21э - безразмерный коэффициент передачи тока, характеризующий усилительные (по току) свойства транзистора при постоянном напряжении между коллектором и базой. Параметр h_22э имеет размерность проводимости и характеризует выходную проводимость транзистора при постоянном токе базы.

Характеристики транзисторов, так же как полупроводниковых диодов, сильно зависят от температуры. С повышением температуры резко возрастает начальный коллекторный ток I_ко вследствие значительного увеличения числа неосновных носителей заряда в коллекторе и базе транзистора. В то же время несколько повышается и коэффициент h_21эиз-за увеличения подвижности носителей заряда.

h-параметры транзистора, особенно его коэффициент передачи тока h_21э, зависят от частоты переменного напряжения, при которой происходит измерение приращений токов и напряжений: ΔU_бэ, ΔI_б, ΔU_кэ, ΔI_к, так как на высоких частотах начинает сказываться ко­нечное время, за которое носители заряда (в транзисторе типа п-р-п — электроны) проходят расстояние от эмиттера до коллектора,

Частота, на которой коэффициент передачи тока h_21э уменьшается до единицы, носит название граничной частоты коэффициента передачи тока f_гр.

В технической документации на транзисторы приводятся их h-параметры и режимы, в которых они измеряются, h-параметры транзистора являются одними из основных параметров при расчете устройств на биполярных транзисторах.