6.4. Еквівалентні схеми транзисторів

При аналізі транзисторних схем часто буває зручніше відволіктися від постійних складових струмів і напруг, які у підсилювальній схемі виконують допоміжну роль, а подати транзистор у виді деякої еквівалентної схеми, яка володіє для змінних струмів та напруг тими ж властивостями, тобто такими ж вхідним та вихідним опорами, коефіцієнтами передачі напруги і струму з входу на вихід та з виходу на вхід. Підсилювальні властивості транзистора в еквівалентній схемі враховують за допомогою генератора струму або напруги, увімкненого у вихідне коло, величина сигналу якого залежить від вхідного струму транзистора.

Елементи, які утворюють еквівалентну схему, можна розглядати як параметри транзистора.

Через нелінійність характеристик транзистора всі його параметри (тобто елементи еквівалентних схем) виявляються залежними від режиму, обумовленого положенням робочої крапки на цих характеристиках.

Вимірювання (або визначення) параметрів транзистора проводиться за допомогою малих сигналів, які на його криволінійних характеристиках укладаються на настільки малих ділянках, що їх з великою точністю можна прийняти за відрізки прямих ліній.

На Рис. 6.12 показана еквівалентна схема, яка відповідає фізичним (первинним або внутрішнім) параметрам. Кожному елементові цієї еквівалентної схеми можна надати визначений фізичний зміст:  - диференціальний (динамічний) опір емітерного переходу, увімкненого в прямому напрямку (цей опір, як і динамічний опір напівпровідникового діода, увімкненого в прямому напрямку в залежності від режиму, складає від одиниць до десятків Ом);  - опір бази для змінного струму приблизно дорівнює опорові бази для постійного струму  (складає кілька сотень Ом);  — диференціальний (динамічний) опір колекторного переходу, зміщеного у зворотному напрямку; він складає сотні тисяч Ом.

Рис. 6.12. Фізична еквівалентна схема транзистора.	Рис. 6.13. Фізична еквівалентна схема транзистора з СЕ.

Диференціальний опір колекторного переходу , при  визначається приростом струму колектора, викликаного зміною колекторної напруги при постійному струмі емітера. Як відзначалося вище, це збільшення виникає, в основному, через змінну ширину бази.

Генератор струму  у вихідному колі характеризує підсилювальні властивості транзистора.

Перевага фізичних параметрів полягає в тому, що вони належать транзисторові як такому і не залежать від способу його увімкнення в схему.

 

Так, наприклад, на Рис. 6.13 показана еквівалентна схема транзистора з СЕ, складена на основі фізичних параметрів. Варто відмітити, що в цій схемі генератор струму приведений до струму емітера. При необхідності він може бути перерахований та приведений до вхідного струму схеми (струму бази).

Недолік фізичних параметрів полягає в тому, що деякі з них неможливо безпосередньо виміряти.

 

Рис. 6.14. Транзистор, поданий у виді чотириполюсника.

Тому на практиці часто користуються вторинними (або зовнішніми) параметрами транзистора, які характеризують його як активний лінійний чотириполюсник (Рис. 6.14). Активність транзистора виявляється в його підсилювальних властивостях, а лінійністю він володіє тільки при впливі малих сигналів.

Лінійний чотириполюсник характеризується двома рівняннями, які взаємно пов'язують струми та напруги на вході і виході схеми. Можна скласти шість пар таких рівнянь, які визначають шість різних систем параметрів.

В транзисторній техніці найширше поширення одержала система h‑параметрів:

,

постійні коефіцієнти якої , , та  і є h‑параметри транзистора.

Із зазначених рівнянь знаходимо:

• параметр  при  – вхідний опір транзистора при короткому замиканні на виході (щоб здійснити коротке замикання за змінним струмом, вихід транзистора шунтують великою ємністю);

• параметр  при  – коефіцієнт зворотного зв'язку. Він показує, яка частина напруги передається з виходу транзистора на його вхід при розімкненому вхідному колі (щоб здійснити холостий хід за змінним струмом, у вхідне коло транзистора вмикають велику індуктивність);

• параметр  при  – коефіцієнт передачі (підсилення) транзистора за струмом, виміряний при короткому замиканні на виході. Для схеми транзистора з СБ цей параметр чисельно дорівнює , а для схеми з СЕ ;

• параметр  при  – вихідна провідність транзистора при розімкненому вхідному колі.

Однотипні зовнішні параметри різні для різних схем увімкнення транзистора, тому їх доповнюють додатковим індексом, наприклад, ,  тощо для схеми з СБ та  ,  тощо для схеми з СЕ.

Між h‑параметрами та фізичними параметрами транзистора існує наступний зв'язок:

.

Ці формули дають можливість розрахувати фізичні параметри транзистора, а також  виразити h‑параметри однієї схеми увімкнення транзистора через h‑параметри іншої схеми.

Використовуючи одну з можливих схем заміщення чотириполюсника, можна скласти еквівалентну схему транзистора з елементів, які відповідають безпосередньо h‑параметрам.

Вторинні h‑параметри можна визначити за статичними характеристиками транзистора. Виражаючи миттєві значення струмів та напруг через кінцеві прирости (Рис. 6.15), для схеми транзистора з СБ отримаємо:

 при ; .

Прирости  та  визначаються з трикутника abc (Рис. 6.15, а), який побудований на вхідній характеристиці, знятій при ;

 при ; .

Прирости  та  визначаються на прямій bd (Рис. 6.15, а), де ;

 при ; .

Прирости  та  визначаються на прямій me (Рис. 6.15, б), де ;

а)	б)
Рис. 6.15. Визначення h‑параметрів за статичними характеристиками транзистора.

 при ; .

Прирости  та  знаходяться з трикутника mnk (Рис. 6.15, б).

Усереднені значення h‑параметрів для типового режиму роботи транзистора у схемі з СБ становлять:  , , .