Транзистор как активный четырехполюсник, h -параметры транзистора

Транзистор можно представить как линейный четырехполюсник, если в качестве измеряемых токов и напряжений принимать небольшие их приращения, накладывающиеся на постоянные составляющие. Такие ограничения приходится принимать, так как входные и выходные характеристики транзистора нелинейны. Для небольших приращений напряжений и токов параметры транзистора можно считать линейными, что позволяет представить транзистор в виде линейного четырехполюсника.

Связь между входными (U ₁ , I ₁) и выходными (U ₂ , I ₂) напряжениями и токами четырехполюсника (рис. 3.28) 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 выбирают приращение входного тока ∆ I ₁ и выходного напряжения ∆ U ₂, а приращения входного напряжения  ∆ U ₁ и выходного тока ∆ I ₂ выражают через h-параметры транзистора.

∆U₁ = h₁₁∆I₁ + h₁₂∆U₂,                                   (3.7)

∆I₂ = h₂₁∆I₁ + h₂₂∆U₂.                                   (3.8)

Все h-параметры имеют конкретный физический смысл и отражают параметры транзистора в соответствующей схеме включения.

Параметр h₁₁ найдем из уравнения (3.7), положив ∆ U ₂ = 0, т.е U ₂ = const

.                              (3.9)

Из уравнения (3.9) следует, что это входное сопротивление транзистора.

Параметр h ₁₂ найдем из уравнения (3.7), положив ∆ I ₁ = 0, т.е I ₁ = const

.                                (3.10)

Из уравнения (3.10) следует, что это коэффициент обратной связи транзистора по напряжению.

Параметр h ₂₁ найдем из уравнения (3.8), положив ∆ U ₂ = 0, т.е U ₂ = const

.                                (3.11)

Из уравнения (3.11) следует, что это коэффициент усиления транзистора. по току.

Параметр h ₂₂ найдем из уравнения (3.8), положив ∆ I ₁ = 0, т.е I ₁ = const

.                                 (3.12)

Из уравнения (3.12) следует, что это выходная проводимость транзистора.

Выражения (3.9) - (3.12) выведены без учета схемы включения транзистора. Для конкретной схемы включения транзистора необходимо использовать соответствующие данной схеме входные и выходные токи и напряжения. Для примера приведем систему h-параметров транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Входное сопротивление h _11(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ

.            (3.13)

Коэффициент обратной связи по напряжению h _12(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ

.             (3.14)

Коэффициент усиления по току h _21(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ равен коэффициенту b, определенному ранее (h _21(э) = b)

.               (3.15)

Выходная проводимость h _22(э) транзистора, включенного по схеме ОЭ

.                         (3.16)

Для определения h-параметров иногда применяют графоаналитический метод, основанный на использовании вольт-амперных характеристик транзистора. На рис. 3.29 показан пример определения h-параметров транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Входное сопротивление h _11(э) определяют по входной характеристике транзистора (рис. 3.29, б), снятой при напряжении U _кэ = 2 В. Входные характеристики, снятые при напряжениях U _кэ > 2, практически будут совпадать с ней, вследствие очень малой величины коэффициента обратной связи h _12(э) ≈ e .

Входная характеристика I _б = F ( U _эб ) имеет нелинейный характер и в разных точках характеристики сопротивления h _11(э) будут различны. Поэтому сопротивление определяют в точке с током базы I _0б, соответствующем режиму работы транзистора по постоянному току. Для определения h _11(э) проводят касательную к входной характеристике в точке, соответствующей току I _0б, и, определив приращения ∆ U _эб и ∆ I _б находят по формуле (3.13) величину дифференциального входного сопротивления

h _11(э) = ∆ U _эб /∆ I _б = d U _эб / dI _б.                 (3.13, а)

Коэффициент обратной связи по напряжению h _12(э) по вольт-амперным характеристикам не снимают ввиду его очень малой величины.

Коэффициент усиления по току h _21(э) определяют по семейству выходных характеристик (рис. 3.29, а). Для этого выбирают две характеристики I _к = F ( U _кэ ), соответствующие двум токам базы, например, I _б2 и I _б3. Проводят вертикальную линию из точки соответствующей напряжению на коллекторе транзистора, например U _кэ1, до пересечения с указанными характеристиками. Затем находят токи коллектора I _к2 и I_к3 на этих характеристиках и по формуле (3.15) определяют коэффициент усиления транзистора в схеме ОЭ

h _21(э) = ∆ I _к /∆ I _б = ( I _к3 - I _к2 )/( I _б3 - I _б2 ).

Выходную проводимость h _22(э) определяют по выходной характеристике I _к = F ( U _кэ ), снятой при токе базы, соответствующем режиму работы транзистора по постоянному току, например, I _б = I _б4 (рис. 3.29, а). На характеристике отмечают две точки, соответствующие двум напряжениям U _кэ, и находят приращение тока ∆ I _к, соответствующее приращению напряжения ∆ U _к. Затем по формуле (3.16) находят выходную проводимость

h _22(э) = ∆ I _к /∆ U _к,

которая определяет наклон характеристики I _к = F ( U _кэ ) к оси абсцисс. Величина, обратная h _22(э), есть выходное сопротивление r_вых(э) транзистора в схеме ОЭ.

Обозначения транзисторов, как и диодов состоят из шести элементов. С отличием: вторая буква Т – биполярный транзистор, П – полевой.

Биполярные транзисторы, достигнувшие пре­дельных параметров 1400 В / 200 А и широко приме­нявшиеся последние два деся­тилетия прошлого столетия, бу­дут постепенно вытесняться и заменяться биполярными тран­зисторами с изолированным затвором (IGBT).

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: