Схемы замещения биполярного транзистора

При расчетах электрических цепей с транзисторами реальный прибор заменяется схемой замещения, которая может быть либо бесструктурной, либо структурной. В первом случае транзистор представляется в виде эквивалентного четырехполюсника, во втором – в виде эквивалентной схемы, отражающей физические связи между ее элементами.

Хотя транзистор является нелинейным элементом, но как видно из рис.8 и 9, на входной и выходной характеристиках можно выделить участки, где зависимости между токами и напряжениями близки к линейным. Такие участки находятся внутри рабочей области. Поэтому транзистор, параметры которого соответствуют рабочей области, можно заменить эквивалентным четырехполюсником, линейными соотношениями которого связываются не значения его входных и выходных токов и напряжений, а величины приращений данных параметров. Поскольку электрический режим биполярного транзистора в схеме ОЭ определяется входным током I _Б и выходным напряжением U , величины приращений его параметров целесообразно связать через h-параметры:

Δ U = h Δ I _Б + h Δ U , (5)

Δ I = h Δ I _Б + h Δ U . (6)

Из соотношения (5) при Δ U = 0 следует

h = , (7)

а при Δ I _Б = 0

h = . (8)

Аналогичным образом из соотношения (6) можно получить

h = , (9)

h = . (10)

Согласно соотношениям (7) – (10)

h является входным сопротивлением транзистора при постоянном значении напряжения U ;

h - коэффициент обратной связи по напряжению;

h - коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, характеризующий усилительные свойства транзистора при постоянном значении напряжения U ;

h - выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы.

Дифференцирование соотношения (4) при условии U = const показывает, что

h = β. (11)

Значения h-параметров транзистора рассчитываются, если известны входные и выходные характеристики. Обычно величина параметра h находится в пределах от нескольких сот до единиц тысяч Ом, а величина параметра h - в пределах 10 - 10^-4 См. Величина параметра h практически равна нулю.

В соответствии с рис.7, б эквивалентную схему транзистора можно представить в виде Т-образной схемы. Такая простейшая схема для случая включения транзистора с ОЭ приведена на рис.10, где приращения токов и напряжений обозначаются как i_Б, i_К, u_БЭ, u_КЭ. Для рабочей области прибора параметры элементов схемы можно считать постоянными величинами.

Левая часть эквивалентной схемы транзистора отражает эмиттерный переход, находящийся в открытом состоянии. Поэтому в соответствии со схемой замещения p-n перехода (при ключе К на рис.4 в положении «а») резистор r_Э представляет собой сопротивление открытого перехода, величина которого невелика и лежит в пределах от единиц до нескольких десятков Ом. Резистор r_Б представляет сопротивление базового слоя, величина которого определяется входным сопротивлением прибора, поскольку сопротивление r_Э мало. Правая часть схемы рис.10 отражает коллекторный переход, находящийся в закрытом состоянии. Согласно схеме рис.4 (при ключе К в положении «б») он представляется параллельным соединением сопротивления r_К(Э) и емкости С_К. Кроме того, параллельно им включен источник тока β i_Б, отражающая факт переноса рабочих носителей заряда в коллекторный слой. На низких частотах емкостное сопротивление велико и шунтирующим действием емкости С_К на источник тока β i_Б можно пренебречь, в связи с чем подключение емкости С_К на рис.10 обозначено пунктиром.

Рис.10. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Согласно эквивалентной схеме рис.10 с учетом малой величины сопротивления r_Э приращение коллекторного тока

что находится в соответствии с соотношением (4), поскольку при небольших изменениях электрического режима транзистора величина обратного тока I_К(0) практически не изменяется. Это подтверждает обоснованность введение второго слагаемого в правую часть соотношения (4). Нетрудно также убедиться, что согласно (10)

r = .