Транзистор як активний чотириполюсник

Пристрій, що має два вхідних та два вихідних зажила та має властивість підсилювати потужність підключаємих до нього ел. сигналів, отримало назви активного чотириполюсника.

Транзистор в загальному випадку являє собою активний нелінійний чотириполюсник. Його можна охарактеризувати сімейством нелінійних статичних хар-к, що зв’язують величини постійних напруг U₁, U₂ та струмів І₁, І₂ на вході та виході транзистора. Всі ці чотири величини зв’язані між собою, причому можна задати тільки дві з них, щоб визначити по статичним величинам дві інші величини. Величини що задаються є незалежними змінними. Дві інші величини являють собою ф-ії цих незалежних змінних.

Якщо взяти в якості незалежних змінних I₁, U₂, а в якості залежних U₂ та I₁ то можна записати:

Диференціюя величини U₁ та І₂ по I₁, U₂ отримаємо наступне рівняння:

;

Позначимо

;

.

Якщо на постійні складові струмів та напруг накладені достатньо малі сигнали змінної напруги и або і, то їхні амплітуди можна розглянути як невеликі прирости постійних складових. У цьому випадку можна записати:

Якщо відомі h параметри для схеми з загальною базою, то нескладно шляхом перерахунку отримати h параметри для схеми з загальним емітером та загальним колектором.

Система h – параметрів наз. гібридною, так як одні h - параметри визначаються у режимі холостого ходу на вході, а інші у режимі короткого замкнення на виході.

В сучасний час h - параметри знаходять велике використання при розрахунках транзисторних низькочастотних схем. Ці параметри легко визначаються експериментально, а також графічним шляхом по статистичних характеристиках транзистора.

Підсилюючі властивості тра­нзисторів

Можливість підсилення електричних сигналів за допомогою транзистора вже була обговорена. Розглянемо деякі кількісні показ­ники роботи транзистора як підсилювача для різних схем його включення.

На мал. 10.14 показані тири найпрос­тіші підсилюючі схеми при включенні тран­зистора з загальною базою (мал.. 10.14а), за­гальним емітером (мал. 10.14б), загальним колектором (мал. 10.14в).

Основними показниками транзистор­ного підсилювального каскаду при будь-якій схемі включення транзистора є:

Коефіцієнт підсилення по струму

Коефіцієнт підсилення по напрузі

Коефіцієнт підсилення по потужності

Вхідний опір (див. 10.14)

Для вказаних на мал. 10.14 трьох схем включення транзистора коефіцієнти підси­лення по струму, напрузі та потужності ви­значаються слідуючи ми виразами.

Схема з загальною базою:

Схема з загальним емітером:

Схема з загальним колектором:

З приведених виразів видно, що коефі­цієнти підсилення по струму, напрузі та по­тужності істотно залежать від схеми вклю­чення транзистора, а також від величини від­повідної вхідної напруги.

Для визначення вхідних напруг транзи­стора скористаємось еквівалентними схе­мами, які повинні відображати реальні влас­тивості замінимих транзисторів. Широке використання отримали так звані Т-образні еквівалентні схеми (рис. 10.15)

При побудові еквівалентної схеми тран­зистора виходять з того, що елементарний та колекторний переходи, також як і тонкий шар бази, мають деякі опори, які дорівнюють r_э, r_к та r_б. Тому найпростішою еквівалентною схе­мою транзистора повинен слугувати ланцюг, складений з опорів r_э, r_к та r_б, з’єднаних між собою так, як показано на мал. У сучасних транзисторах у активному режимі роботи ве­личина r_є складає зазвичай десятки Ом, r_б – сотні Ом а r_к – сотні тисяч Ом. Тому підклю­чивши до входу такої схеми джерело вхідного сигналу, ми утворимо у опорі r_к та в навантаженні, приєднаній до вихідних клем 2, у багато разів менший струм, ніж струм у опорі r_э та у ланцюгу бази. Такий режим не відповідає реальним умовам роботи транзистора. В реальності через опір навантаження транзистора проходить струм . Тому необхідно змінити розподілення струму між гілками еквівалентної схеми. Це можна зробити під′ єднавши паралельно опору r_к в еквівалентній схемі додатковий генератор. Проходження цього струму у вихідному ланцюгу відповідає реальним умовам роботи схеми з загальною базою та дозволяє відбити підсилювальні властивості транзистора.

Порівнюючі властивості схем включення транзистора, працюючих у режимі підсилення, наведені в таблиці.