Эквивалентные схемы биполярного транзистора

Графический метод расчета громоздкий, неточный исключает возможность аналитического анализа, используется для наглядного представления положения рабочей точки. Аналитический расчет производится только для переменных составляющих напряжений и токов. В этом случае транзистор заменяется эквивалентной схемой, которая представляет собой схему, состоящую из линейных пассивных и активных элементов. Эта схема справедлива только в режиме малого сигнала, т.е. когда связь между приращениями токов и напряжений линейна.

Существует два вида эквивалентных схем: физическая, отражающая процессы, протекающие в транзисторе, и формальная, в которой транзистор представляется в виде четырехполюсника.

Физическая эквивалентная схема составляется для переменных токов и напряжений, но при условии, что эмиттерный переход находится под прямым напряжением, а коллекторный переход - под обратным напряжением, а амплитуды сигналов таковы, что транзистор работает в линейном режиме.

Широко применяется Т – образная эквивалентная схема (рис.18)

Рис.18. Физическая эквивалентная схема биполярного транзистора

В этой схеме обозначено:

· - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода включенного в прямом направлении. Обычно составляет несколько десятков Ом.

· - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, включенного в обратном направлении. Обычно составляет несколько сотен килом.

· - объемное сопротивление базовой области. База выполняется с минимальной примесью, поэтому её сопротивление составляет порядка нескольких сотен Ом.

· - дифференциальный коэффициент передачи по току при схеме включения с ОБ.

· - емкость эмиттерного перехода, носит диффузионный характер, часто влияние этой емкости не учитывают, даже на сравнительно высоких частотах, т.к. она шунтирована малым сопротивлением .

· - емкость коллекторного перехода является барьерной емкостью, она оказывает сильное влияние на частотные свойства транзисторов.

Наибольшее распространение получила формальная эквивалентная схема, т.к. формальные параметры легко измеряются и приводятся в справочниках.

Формальная эквивалентная схема строится на представлении биполярного транзистора в виде четырехполюсника(рис.19).

Рис.19. Эквивалентная замена транзистора четырехполюсником

Если за зависимые переменные принять и , то их можно выразить через независимые переменные в виде уравнений

,

Значение – параметров можно определить, проведя опыт короткого замыкания на выходе и опыт холостого хода на входе.

Опыт короткого замыкания на выходе , тогда из системы уравнений следует

- входное сопротивление транзистора при схеме включения ОЭ;

- коэффициент передачи по току при схеме включения ОЭ.

Опыт холостого хода на входе , тогда из системы уравнений следует

- коэффициент внутренней обратной связи при схеме включения с ОЭ;

- выходная проводимость при схеме включения с ОЭ.

На основе приведенных уравнений можно построить эквивалентную схему транзистора в системе -параметров при включении с ОЭ (рис.20).

Рис.20. Эквивалентная схема транзистора при включении с ОЭ

На практике численные значения параметров, если они не приведены в справочниках, определяют по статическим характеристикам транзистора. Параметры зависят от схемы включения транзистора, что отмечается третьим индексом "э", "б" или "к", соответственно, для схем с ОЭ, ОБ или ОК. Покажем, как это делается, на примере схемы с ОЭ.

Параметры и определяют по входным характеристикам транзистора (рис.21).

Рис.21. Определение - параметров по входной характеристике

В точке строят характеристический треугольник. При перемещении из точки в точку напряжение , т.е. , а входное сопротивление равно отношению катетов характеристического треугольника

.

Коэффициент внутренней обратной связи находится при ( ), что соответствует переходу из точки в точку

,

где .

Параметры и определяют по выходным характеристикам транзистора (рис.22).

Рис .22. Определение - параметров по выходным характеристикам

Для того, чтобы в точке определить параметр , строят характеристический треугольник . Тогда катетами треугольника будут приращения напряжения и тока , при выполнении условия . Численное значение параметра определяют по формуле:

Для определения параметра через точку проводят вертикальную линию, которая пересекает две соседних выходных характеристики. Отрезок пропорционален приращению тока , а приращение тока базы равно разности токов, при которых сняты выходные характеристики, то есть , при этом . Следовательно,

,

где - .