Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000), страница 10

Большому классу электронных схем свойственен такой режим работы трап. кк~ора, при котором на фоне сравнительно больших постоянных токов н из~ряжский действуют малые переменные составляющие Б этом случае постони. ные н переменные составляющие сигнала могут анализироваться раздельно н чналнз постоянных составляющих осуществляется с помощью фнзнческой мо челн Эберса — Молла, а при анализе переменных составляющих используется тзосиеиальиая эквивалгигнол схема, состоящая нэ линейных элементов Парачегры ее элементов получают лннеарнзакней исходиыт характеристик транзнм.ров в окрестности режима работы по постоянному току (см.

гл ч). Из к~алоснгнальных эквивалентных схем биполярного транзистора наиболее ~вето встречается Т.образная Такая схема для включения транзистора с ОБ южст быть легко пол)чена нз рис. 211 заменой эмиттерного н коллекторного шоков нх дифференциальными сопротивленнкын гз н гк, а статических козф1чишентов ози н оы передачи тока — дифферснпнальными коэффнпиентамн прн ирмальиом аи н инверсном аг включении перехода Если транзистор работает нормальном режиме, то нз эквивалентной схемы можно исключить источник ка аА и аи обозначить через а.

Пря этом учет сопротивления в)к базового слоя не усложняет анализ малоигкальной схемы. Таким образом, малоснгиальная эквивалентная схема трап. икторз для схемы с ОБ принимает знд, показанный на рис. 2 12 Положнтельиие направление тока эннттерз выбрано произвольно, поскольку знак прирашечня Ь (обозначение Ь на схеме для простоты опущено) может быть любым.

(коллекторнзя н эмиттерная емкости изображены штриховымн лнннямн, так как онн учитываются только кри высоких частотах, а в низкочастотных схемах нх можно нв показывать, Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода гэ=04Дэ, (2 )8) где ) — псстояниая составляющая эмнттерного тока Дифференциальное сопротивление коллекториого перехода, обуслозленио« эффектом Эрли, г»-(КУЕ.)Дв, (2 (9 где к (.У20УДееь))ь; й - клипа свободного пробега в области базы, м — кон центрзцня примеси, е — относительная диэлектрическая проницаемость среды еь — абсолютная диэлектрпческая проницаемость своболиого пространства, Ь— голщмиа базы; (Г» — модуль обратного напряжения Из выражений (2 )8) и (2 (9) видно.

что как сопротивление гэ, тзк и со иротнвленив г» обратно пропорциональны постоянной составляющей тока Сопротивление базы ))и является суммой совротивлеиий ее активной к пассив ной областей Расчет этнх сопротивлекий затрудняется нэ-за сложных трзекто рвй базового тока и геометрией базового слоя, а также его неоднородностью Типнчнымн для олзиариых (гюготовлекных с помагцью плаиарной технологии) транзисторов можно считать значенна )тв 50 200 Ом Для включения транзистора с ОЭ Т.образная эквивалентная схема имеет вид, представленный иа рис 2 (З,п Чтобы обв эквивалентные схемы (ркс 2 )2 и 2 (З,п) были равноценны, оии кзк четырехполюсннки должны иметь одинаковые параметры в режимах холостого ходе п короткого замыкания.

Прирзв кивая напряжекня холостого хола и!эг» и 0/вгк' в Указанных схемах н Учи тывая, что з режиме холостого хода )этг/а . получаем !)гк Отсюда гл к ье г-!) -и 1 г» -г г Ряс. ж)3. Мзлосиги»льиые экзлпалеитиые схемы транэястора для включения с ОЭ: а-табе»экая; б-» л а»заме»За» чб 1!еретодя от а к Р и учитывая, что )) а/(! — и), получаем г г( гх((б+ 1) В то ме время холлекторная емкость С„-(р+ !)Сх таьнм обратом, в схеме с ОЭ актввное н емьостнсе сопротнвленпя коллек. горнг.д пенн зньчнтельно (в р+1 рэз) меныяе, чем для транзистора в схеме ОЬ !!араметры эквивалентной схемм могут быть определены либо расчетным, нбо ьксперкментальным путем Однако расчет не всегда обеспечпвает требуе(вю точность нз-за,трудности учета контролнруемых н неконтролируемых явле. нй к транзнсторе В свою очередь.

эрн эыполнеяпн эксяернмента для нзмегевнн сопротнвленнй резисторов необходим доступ ь точке В' (см рнс л !2 ь Р(з,п), что практнчесьн неосушествнмо для современных транзисторов По° гону очень часто транзнстор представляют четырехполюсннком, заменяя фнзнмьне эквивалентные схемы более удобнымн на практкке эквнаалентнымн мнвчп в а- н р.параметрах эквивалентная схема в «-параметрак отражает зависимость диого тока т» и входного напряжения Ц от его входного г! и выходного напряжения (гт транзистора, Эта зависимость является системой уравнений: Луг = «гг«ут+ «гз«ут; ~~» «»г«~! + «2М~1~ *т(.г! и ть(㻠— изменения входного и выходного напряжений со!ствеино; Ыг н Ы» — изменения соответствующих токов. г нстема уравнений может быть конкретиэирована в завнсимо«т схемы включения, например л-р-л.транзистора, Так, для «ысОЭ «ужвз — ««э«ад + «!»з4()кз' (2.20) «гк =«ьзл(в+ «»»эИгдз.

1т«»ффнцнеиты уравнений (2.20) определяют экспернменталькя с помощью опытов короткого замыкания на выходе и обратного ндвостого хода на входе транзистора. Прн коротком замыкании «ггэ-1 — ~ -)т'эх э-)~эхв6+1)г дгв икз о (дгк ( «юз= ~ — ~ 'т д'ь (гкэ При обратном холостом ходе /Мувэ ~ Ь„э- ~ ~— ~~ =О; а~'кэ, 2Б~Б т ык ! Ьггэ ~ — ~ ! /»~, ~окз 2Б ~ ~УБЭ' Ьггэ~з + Ь!гэ(~кэ~ ~к Ьлэгв + Ьггэ(.гкэ.

(2,2! Система уравнений (2.2!) соответствует схеме замещения, показанной на рис. 2.13,6, которую часто называют малоснгнальной схемой замещения транзистора, включенного с ОЭ. Источник Ьг,э1Б эквивалентной схемы называют зависимым источником тока, так как значение тока этого источника зависит от тока другой ветви — тока базы. Этот источник характеризует усиление входного тока )Б. Аналогично источник И!гз(2'кэ называют зависимым источником ЭДС.

Он характеризует обратную связь по выходному напряжению. Эквивалентная схема транзистора в у-параметрах обычно используется для анализа высокочастотных схем. В этом случаи независимыми перемеинымн являются напряжения (.2! и Уг, а за. висимыми — токи 1! н гг. Тогда систему уравнений, характеризующих работу транзистора как четырехполюсника, можно представить в общем виде ЬУ! = У! гй()! + Уггй(221 Ь12" Уггб(гг+ Уггй(гг Полученные Ь-параметры имеют следующий физический смысл: Ьнэ и Ьмэ — входное сопротивление н коэффициент передачи тока эмиттера при коротком замыкании на выходе транзистора; Ьмэ и Иггэ — величины, обратные коэффициенту усиления по напряжению (коэффнциент обратной связи по напряжению) н выходному сопротивлению (выходная проводимость) при обратном холостом ходе на входе транзистора.

На практике»2-параметры применяют, как правило. для анализа низкочастотных схем. Учитывая, что Ьмэ у современных транзисторов приближается к нулю, он в большинстве случаев при расчете схем не принимается во внимание. Приведенная система уравнений (2,20) с учетом того„что для малых синусондальных напряжений и токов приращения заменяются комплексными величинами, может быть записана в виде Для схемы с ОЭ (транзистор п-р-п-тнпа) имеем аув - уцэа(~вэ+ уюй(гкэ' 1 (2.22) ДУк=ра~эа(~вэ+ УжэйУкэ4 Коэффициенты системы уравнений (2.22) определяются прн прямом н обратном коротком замыкании четырехполюсннка, Для случая прямого короткого замыкания и, т Унэ — / УБЭ цхэ-0 величина обратная входному сопротивлению, т.

е. входная про- ноднмасть прн коротком замыкания; - проводимость прямой передачн, т. е. величина, характернзую- гяая воздействие входного нацряження на выходной ток прн когком замыканнн, Для случая обратного короткого замыкания а~кэ "вэ ~ проводимость обратной передачн, т. е.

велнчнна, характерн- 1ующая воздействие выходного напряжения на входной ток прн обратном коротком замыкании; Умэ = выходная проводимость прн обратном коротком замыкании. Следует подчеркнуть, что опыты короткого замыкания н холо- стого хода осуществляются по переменному току. Переходя к комплексным переменным, цолучим следующую сн. стену уравнений: гв унэ('вэ+ уиэ(Гкэ' (2.23 ..) ук Умэ(~вэ + Уыэ('кэ Снстема уравнений (2.23) соответствует схеме замещения, по- ка~анной на рнс.

2.!4, которую также называют малоснгнальной ~ и мой замещения транзистора для схемы с ОЭ, но уже в у-пара- м~ трах. Источник умэУкэ эквивалентной схемы называют зависимым нгточннком тока, так как значение тока этого источника завысит от напряжения другой ветвн; для случая включения транзистора и схему с ОЭ вЂ” от выходного напряжения Укэ. Аналогично нсточ- 49 Рнс 2Л4. Модель транзистора в у-параметрах ник умэ0вз называют зависимым источником тока от входного напряжения () ьэ.

Зависимость параметров биполярного транзистора от частоты. Пусть на вход транзистора, включенного по схеме с ОБ, подается импульс тока (э амплитудой, равной ! (рл. 2.15). Ток в цепи коллектора появится только через какое-то время задержки г„определяемое временем прохождения неосновных носителей зарядов через базу, причем фронт коллекторного импульса будет нарастать постепенно, так как скорость диффузии носителей зарядов через базу будет различна (вначале коллекториого перехода достигнут наиболее быстрые иеосновные носители заряда, а затем уже все остальные). Поэтому, как видно из рис.