Лк14 (975661), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Параметры h11Э и h12Э определяются аналогично по входным характеристикам транзистора (рис. 15.32,б): 
, где 
и 
. 
, где 
и 
Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом.
15.7. Т-образная эквивалентная схема транзистора
Для проведения расчетов цепей с транзисторами используют эквивалентные схемы замещения, элементы которых связаны с внутренними (физическими) параметрами транзистора. Применение таких схем замещения создает удобство и наглядность при анализе влияния параметров прибора на характеристики схем с транзисторами.
Схемы замещения транзисторов, приведенные на рис.15.29-15.31 часто называют П-образными. Для определения связи параметров с характеристиками транзистора на низких частотах чаще пользуются Т-образной эквивалентной схемой (рис. 15.33). Рассмотрим схемы замещения транзисторов для переменных составляющих токов i(t) и напряжений u(t) применительно к схемам с ОБ и с ОЭ, работающим в усилительном режиме.
| а) б) |
| Рис. 15.33. Т-образные схемы замещения транзистора, включенного в схемы с ОБ (а) и с ОЭ (б) |
Такие схемы замещения адекватно описывают те отдельные участки входных и выходных характеристик транзистора, которые с некоторой степенью приближения можно считать линейными, например, участки входных ВАХ (рис. 15.32). Именно для этих линейных участков параметры схемы замещения транзистора можно считать неизменными. В этом случае используют дифференциальные параметры транзистора, характеризующие взаимосвязь небольших (переменных) приращений напряжения и тока.
Параметры, входящие в эту схему замещения, часто называют физическими. На схеме rэ, rк и rб – дифференциальные сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов и толщи базы в заданной рабочей точке, α и 
– коэффициенты передачи тока.
При хх на входе (
) 
; при хх в базе 
. Учитывая, что rэ<< rк, 
. Отсюда 
.
Можно показать связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с дифференциальными параметрами на примере с ОБ.
По определению 
- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе. Полагая в эквивалентной схеме рис. 15.33,а выходное напряжение 
=0 и считая заденным входной ток эмиттера 
, найдем напряжение на входе: 
Учитывая, что 
, входное сопротивление транзистора
.
Коэффициент обратной связи по напряжению при хх на входе 
.
Коэффициент прямой передачи тока 
. Найдем с помощью второго уравнения Кирхгофа для коллекторной цепи, полагая заданным входной ток 
:
| | (15.62) |
В этом случае можно записать: 
.
По определению величина 
есть выходная проводимость при холостом ходе во входе транзистора. Полагая в уравнении (15.62) =0, получим
Аналогично можно найти связь h-параметров с элементами Т-образной эквивалентной схемы для включения транзистора с ОЭ. Учитывая, что 
, получим:
| Режим с ОБ | Режим с ОЭ |
|
|
|
15.8. Математическое моделирование токов биполярного транзистора
Задача моделирования заключается в установлении связи между физическими параметрами и электрическими характеристиками приборов. Моделирование особенно важно при разработке интегральных схем, когда необходимо определить поведение сложной схемы.
Существует несколько моделей (модель Эберса-Молла, Гуммеля-Пуна).
15.8.1.. Формулы Эберса-Молла
Основной моделью биполярного транзистора считается модель, справедливая для любых токов (как малых, так и больших) и предложенная Дж.Дж. Эберсом и Дж.Л. Моллом в 1954 г., и поэтому носят их имя. Эта модель построена на интерпретации работы транзистора как прибора на взаимодействующих pn-переходах для произвольного сигнала. Для примера рассмотрим pnp-транзистор (рис. 15.34).
На рисунке схема замещения транзистора обведена штриховой линией. Источники тока управляются токами диодов, сами диоды считаются идеальными.
|
|
| Рис. 15.34. Эквивалентная схема pnp-транзистора для большого сигнала |
Для узлов 1 и 2 можно записать первый закон Кирхгофа:
| | (15.63) |
Таким образом, ток эмиттера складывается из тока 
, который моделируется диодом Д1 и током 
, который моделируется источником тока.
| | (15.64) |
Аналогично для коллектора:
| | (15.65) |
| | (15.66) |
При разомкнутой цепи эмиттера (
)
| | (15.67) |
где 
- ток коллектора при .
Разорвем цепь коллектора (
).
| | (15.68) |
где 
- ток эмиттера при ;
| | (15.69) |
Выведем связь между 
и 
. Из системы (15.63), подставив выражения (15.67) и (15.68) следует:
| | (15.70) |
При 
=0
| | (15.71) |
При 
=0
| | (15.72) |
Но при 
=0 согласно (15.63): 
. Тогда 
, но по (15.68):
| | (15.73) |
| | (15.74) |
Но при изолированном pn-переходе (
) ВАХ согласно определяется выражением (15.69). Приравнивая правые части уравнений (15.74) и (15.69), получим:
| | (15.75) |
| | (15.76) |
Отсюда:
| | (15.77) |
Аналогично можно получить
| | (15.78) |
Из выражения (15.70) получим:
| | (15.79) |
где 
- нормальный коэффициент передачи тока эмиттера, 
- инверсный коэффициент передачи тока при инверсном включении транзистора в схеме с ОБ.
| | (15.80) |
Напомним, что для pnp-транзисторов согласно (15.27) и (15.34):
| |
| |
С учетом Sэ и Sк – площади эмиттера и коллектора
| | (15.81) |
где Nб, Nэ, Nк – концентрации легирующей примеси в базе, эмиттере, коллекторе,. При Sэ=Sк
В npn-транзисторе:
| | (15.82) |
| αI = | (15.83) |
Для нормального активного режима работы транзистора 
упрощенная модель транзистора для большого сигнала приведена на рис. 15.35.
|
|
| Рис. 15.35. Эквивалентная схема pnp-транзистора для нормального активного режима |
Во входной цепи задается ток эмиттера 
, в выходной цепи ток экстракции коллекторного перехода моделируется генератором тока 
. При обратном смещении коллекторного перехода, особенно для кремниевых транзисторов, наряду с током насыщения коллектора должен быть учтен ток тепловой генерации носителей заряда в ОПЗ коллектора и ток утечки по поверхности коллекторного перехода (на рис. они учтены источником тока 
).
15.9. Разновидности биполярных транзисторов
В настоящее время выпускается большое количество биполярных транзисторов различных типов и назначений. Классификация транзисторов проводится по их функциональному назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам и типу исходного полупроводникового материала. Транзисторы выпускаются на мощности от 20 мВт до сотен ватт с граничными частотами от 100 кГц до 10 гигагерц, с максимально допустимыми напряжениями от единиц до тысяч вольт и токами от 5 мА до сотен ампер.
По технологии изготовления транзисторы делятся на сплавные, планарные, диффузионно-сплавные, мезапланарные и эпитаксиально-планарные.
Конструктивно биполярные транзисторы оформляются в металлических, металлостеклянных, пластмассовых или керамических корпуса, а также в бескорпусном исполнении для гибридных интегральных микросхем и транзисторных микросборок. Они подразделяются на: усилительные низкочастотные (с граничной частотой fгр
30 МГц), высокочастотные (30 МГц< fгр 300 МГц), сверхвысокочастотные (СВЧ) (fгр>300 МГц); усилительные мощные высокочастотные, и СВЧ генераторные, переключательные маломощные и мощные высоковольтные, импульсные высоковольтные универсальные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
