Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 25
Текст из файла (страница 25)
h 11 э, h 12 э, легко определитьс помощью семейства входных характеристик (см. рис.4.13,б),а h 12 э и h 22 э вычисляются по выходным характеристикам (см.рис.4.14).При графическом определении h-параметров по характеристикам дифференциалы заменяются малыми конечными прира-Глава4.135Биполярные транзисторыщениями токов (Лl) и напряжений (ЛИ). Значения приращенийвыбираются таким образом, чтобы нелинейностью характеристик можно было пренебречь, т.
е. выбранные участки статических ВАХ должны с хорошей степенью точности аппроксимироваться линейными отрезками.4.13,Выбирая две соседние кривые на рис.нетрудно построить характеристический треугольник АВС, стороны которогоравны приращениям ЛИ вэ и Лl в· Приращение ЛИ кэ представляет разность напряжений И кэ для соседних характеристик, которая для случая, показанного на рис. 4.13, б, равна IЛИкэlУчитывая сказанное, h 11 э=ЛИвэl Лlв и h 12 э==9 В.ЛИвэl ЛИкэ· Проводя подобные операции с семейством выходных характеристик, находим приращения Лlк, Лlв и ЛИк и, следовательно,h 21 э=Лlк/ Лlв и h 22 э=Лlк/ ЛИкэ·Аналогичным образом можно вычислить h-параметры и длясхемы с ОБ, в которой 1 1 =lэ,1 2=lк, И 1=Иэв• И 2=Икв·Рассмотрим для этого случая физический смысл h-параметров в активном режиме на низких частотах.Входное сопротивление h 11 в в схеме с ОБ определяется дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода и объемным сопротивлением базы rв, т.
е.h 11 вгде rБ= dИэв/dlэ::::::-ЛИэв/ ЛlэlиКБ=const= rэ + (1 -а)rБ,(4.20)эквивалентное сопротивление базы, зависящее от ее объемного сопротивления rв и геометрии транзисторной структуры.Сопротивление эмиттерной области обычно пренебрежимомало из-за высокой концентрации примесей в ней. Множитель(1- а) в (4.20) обусловлен тем,что в цепи базы протекает толькочасть переменной составляющей тока эмиттераЛlэ-Лlк=Лlэ-а Лlэ= (1-а) Лlэ·В схеме с ОЭ входным током является ток базы, поэтому входное сопротивление будет иметь иное значение, чем в схеме с ОБ:h 11 э = dИвэ/dlв:::::: ЛИвэ/Лlвlи КЭ ~ const ""'.""'ЛИвэ/(1- а) Лlв+ rБ = (1 + Р)rэ + rБ.Как видно из сравнения выраженийсопротивление для схемы с ОЭ при rБбольше, чем в схеме с ОБ.(4.21)(4.20) и (4.21), входное< rэ примерно в (1 + Р)136Раздел1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫКоэффициент передачи токаh 213определяется дифференцированием по Iв выражения Iк = ~Iв, тогда(4.22)где ~д-динамический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.В соответствии с известным выражениемI к = aJэи принятым направлением токов для схемы с ОБ получим(4.23)ад-динамический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ.Параметр h 12 в = dИэв/dИквlrЭ =constопределяет обратную связь(ОС) по напряжению с учетом падения напряжения на сgпротивлениях базы rБ и коллектора rк· Физическая природа ОС обусловлена эффектом Эрли:h12в =µос+ rF,/rк,(4.24)Здесь rК, = (ИА+ Икэ)/Iк,ИА -напряжение Эрли, µ 0 с-статический коэффициент обратной связи по напряжению без учетаrF, и rк.
Поскольку коэффициенты а и~ связаны между собой,то и все h-параметры для различных схем включения связанымежду собой. Для схемы с ОЭ они выражаются через параметрысхемы с ОБ следующим образом:hнэ::::: h11в/(l+ h2ш);h12э::::: [hнв h22в/(1+ h2ш)] -h21э"" h2ш/(l- h2ш);h22э "" h22в!О+ h21в)·Преимуществом(4.25)системытранзисторов являетсяh12в;h-параметровдлябиполярныхпростота их измерения на переменномтоке, поскольку в этом случае легко обеспечить режим холостого хода на входе из-за малости входного сопротивления и режимкороткого замыкания на выходе из-за большого выходного сопротивления в активном режиме.Глава4.Биполярные транзисторы137В результате h-параметры измеряют в режимах, близких крежимам работы транзисторов .в реальных схемах.В силу сказанного в справочниках по транзисторам низкочастотные параметры приводятся в системе h-параметров.На очень высоких частотах и в СВЧ-диапазоне из-за влиянияпаразитных емкостей транзистора трудно осуществить режимхолостого хода для переменных сигналов, что ограничивает применение h-параметров.
В СВЧ используется специальная система S-параметров, которые формируются с помощью волновыхпараметров линий передачи.Система у-параметров. Для расчета электрических схем частоцелесообразно использовать другие параметры. К таким параметрам можно отнести у-параметры, при вычислении которых вкачестве независимых переменных используются входное И 1 ивыходное И2 напряжения. В этом случае уравнения четырехполюсника имеют видdJ 1 = у 11dИ 1+ у 12 dИ2 ,dJ 2 = у 21 dU 1 + у 22где у 11= dI 1 /dU 1 dI1 /dU 2 = const;у 21 = dI 2 /dU 1 = const;у 22 = dJ 2 /dU 2 у 12 =dИ 2 ,входная проводимость при И 2(4.26)= const;проводимость обратной передачи при И 1проводимость прямой передачи при И 2выходная проводимость при И 1= const.Отметим, что у-параметры достаточно просто выражаются через h-параметры:У11=l/h11,У12=-h12/h11,У21 = h21! h11'(4.27)На практике у-параметры измеряются в режимах короткого замыкания по переменному току входной и выходной цепи транзистора.
Их часто используют для определения параметров полевыхтранзисторов (см. главу6), которые имеют большие входные и вы-:::яые сопрwи::::·. ::п;:::::,т:::~rоров у·парамет· !j.,ры проще измерять на высоких частотах по сравнению с h-пара-iметрами. Из-за малых емкостных сопротивлений на высоких частатах сильное влияние оказывают межэлектродные емкости.Как уже отмечалось, дифференциалы токов и напряженийможно заменить комплексными амплитудами токов и напряжений. На низких частотах влияние емкостей практически отсутствует, поэтому токи и напряжения находятся в фазе и их отно-шения являются действительными числами.На высоких частотах влияние емкостей приводит к тому, чтомежду переменными токами и напряжениями происходит сдвигпо фазе.
В результате входные и выходные сопротивления являются комплексными. Однако при больших входных и/или выходныхсопротивлениях и на высоких частотах эти сопротивления могутносить чисто емкостный характер. В силу сказанного емкостьтранзистора рассматривается как один из основных параметров.Емкости транзисторов определяются диффузионными и барьерными емкостями эмиттерного и коллекторного переходов, которые вычисляются аналогично емкостям отдельного р-п-перехода (см.
главу2).При пр.ямом напряжении ток эмиттера задает полный заряд избыточных (инжектированных) носителей,который однозначно связан с диффузионной емкостью эмиттерного перехода Сэдиф" В соответствии с формулой(2.29) диффузионная емкость равна(4.28)гдеtnp в -среднее время пролета дырок через базу, которое должно быть меньше их времени жизни. Формулалива для частот(4.28)справедf « 1/(27ttnp в).Диффузионную емкость коллекторного перехода целесообразно рассмотреть для режима насыщения, для которого характернадвусторонняя инжекция неосновных носителей через оба перехода. При этом каждый переход, помимо инжекции носителей в базу, собирает подходящие к его границе носители, инжектированные в базу другим переходом.
В режиме насыщения при том жетоке эмиттера ток базы больше, чем в активном режиме, из-заинжекции электронов из базы в коллектор (для р-п-р-транзисторов) и рекомбинации дырок, инжектированных из коллектора, т. е.(4.29).ГлаваНеравенства(4.29)4.Биполярные транзисторы139определяют условия существования режима насыщения в схеме с ОЭ. Полный заряд неосновных носителей в режиме насыщения равен сумме зарядов для активногои инверсного режимов. По сравнению с активным режимом принасыщении появляется избыточный заряд электронов в коллекторе, поскольку степень легирования базы выше, чем коллектора, этот избыточный заряд определяет диффузионную емкость коллекторного перехода(4.30)где 'tк эф -эффективное время жизни неосновных носителей в коллекторе.
Это выражение справедливо при частотеf«1/(21t'tкэФ).4.5. Эквивалентные схемыПри рассмотрении транзистора как четырехполюсника получаются параметры, зависящие сложным образом от режима работы транзистора, от частоты, температуры и т. д. Поэтому напрактике для упрощения анализа свойства транзистора в режиме работы при малых переменных сигналах описывают с помощью эквивалентных электрических схем. В эквивалентныхсхемах транзистор заменяется электрической схемой, составленной из линейных сопротивлений, емкостей, индуктивностей, генераторов тока или напряжения, при этом физическиехарактеристики схемы приблизительно идентичны реальномутранзистору.
При расчетах сначала с помощью теории цепей определяются токи и напряжения в эквивалентной схеме, а потомвычисляются другие параметры, в том числе в качестве этих параметров могут быть и параметры четырехполюсника. Разумеется, любая эквивалентная схема как модель транзистора не описывает с полной достоверностью свойства реального объекта, онаявляется лишь неким приближением при анализе свойств транзистора.Все эквивалентные схемы можно разделить на два класса:схемы замещения, вытекающие непосредственно из уравненийчетырехполюсника, и физические эквивалентные схемы, формируемые на основе анализа физических процессов для определенных условий применения и конструкции транзистора.Схемы замещения содержат по четыре элемента: два комплексных сопротивления, два генератора тока или два генератора напряжения.
Эти эквивалентные схемы не обладают каки-Раздел1401.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫРис.4.16ми-либо заметными преимуществами по сравнению с описанием транзистора с помощью уравнений четырехполюсника.Схемы замещения могут быть Т-образные и П-образные, приэтом Т-образные схемы имеют два активных элемента (генератора), а П-образные-один. Для установления связи параметров четырехполюсника и Т-образных схем замещения записываются выражения для токов и напряжений в схемах. После этого полученные значения сопоставляются с величинами токов и напряженийэквивалентного четырехполюсника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
