5. Содержание отчета

Отчет должен содержать краткие теоретические сведения по теме работы, схемы экспериментов, результаты графо−аналитического расчета и измерений по п. 4.1−4.2.

6. Контрольные вопросы

1. Привести систему уравнений четырехполюсника в h −параметрах.

2. Дать определение каждого h −параметра.

3. Изобразить эквивалентную схему четырехполюсника.

4. Как по статическим характеристикам определить h −параметры транзистора?

5. Как измеряются h −параметры?

6. Изобразить Т−образную схему замещения транзистора.

7. Привести соотношения, выражающие h- параметры через физи­ческие параметры транзистора.

8 Как по h −параметрам определить физические параметры "тран­зистора?

9. Объяснить зависимости параметров транзистора от режима работы.

10. Как температура влияет на малосигнальные параметры?

7. Литература

1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.; Энергия. 1977. стр. 187−268, 223−226

2. Ю.В.Виноградов. Основы электронной и полупроводниковой техни­ки. М.: Энергия. 1972. стр. 9798, 115- 122.

3. А.Л.Булычев, В.А.Прохоренко. Электронные приборы. Минск. Высш. шк. 1987. стр. 183- 196.

Лабораторная работа N7

МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА

В СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

1. Цель работы

Целью работы является приобретения навыков определения h -параметров транзистора по статическим характеристикам в схеме ОЭ. Экспериментальное определение h- -параметров в схеме ОЭ, расчет по ним физических параметров и пересчет h -параметров для различ­ных схем включения.

2. Теоретические сведения

В схеме с общим эмиттером за независимые переменные принимают­ся ток базы и напряжение на коллекторе относительно общего электрода-эмиттера, а зависимыми являются ток коллектора и напряжение база-эмиттер. Система уравнений, описывающих линейный четырехполюс­ник (транзистор в схеме ОЭ) в системе h. -параметров, имеет вид:

(1)

- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе дляпеременной составляющей сигнала,

- коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе для переменной составляющей сигнала,

- коэффициент усиления по току в режиме к.з. на выходе,

- выходная проводимость в режиме х.х. на входе.

Формальная эквивалентная схема четырехполюсника имеет общий вид для всех схем включения транзистора, a h-параметры имеют индексы, соответствующие схеме включения. Значение h -параметров зависит от схемы включения транзистора и для каждой схемы включения определяются по статическим характеристикам или измеряются. По известным h -параметрам для одной схемы включения определяются параметры других схем с помощью формул пересчёта.

На рис.1 приведены графики, поясняющие определение h - параметров по статическим входным и выходным характеристикам тран­зистора в схеме ОЭ для заданного режима по постоянному току

Рис.1. Определение h -параметров транзистора в схеме ОЭ по статическим характеристикам

h - параметры рассчитываются следующим образом:

(1)

Связь между h -параметрами и физическими параметрами тран­зистора в схеме ОЭ можно найти, сопоставив систему (1) и Т-образ­ную схему замещения транзистора - рис. 2.

По сравнению с Т-образной схемой для режима ОБ кроме фор­мального переключения выводов базы и эмиттера, на рис. 2 введен источник тока , т.к. входным сигналом является . Кроме того, поскольку общий электрод - эмиттер, вместо сопротив­ления коллекторного перехода введено сопротивление . Физически уменьшение сопротивления а в схеме ОЭ по сравнению с в схеме ОБ объясняется тем, что коллекторное напряжение частично прикладывается к эмиттерному переходу и вызывает соответствующее увеличение тока коллектора.

Рис.2. Физическая Т-образная схема замещения транзистора в режиме малого сигнала в схеме ОЭ

При коротком замыкании на выходе для переменной составля­ющей сигнала и заданном входном токе получим:

(4)

При холостом ходе на входе для переменной составляющей и заданном выходном напряжении :

(5)

(6)

В таблице 2.1 приведены формулы для определения h -пара­метров транзистора для трех схем включения через физические па­раметры:

Схема включения транзистора с общим коллектором (ОК) при коротком замыкании для переменной составляющей сигнала на выходе совпадает с схемой ОЭ, поэтому . Коэффициент передачи по току h_21К=i_Э/i_Б при U_КЭ=0 как и для схемы ОБ отрицательной, так как выходной ток четырехполюсника не совпадает с "физическим" током по направлению. Параметр h_21К близок к единице, так как выходное напряжение U_КЭ через делитель практически полностью приложено ко входу. Выходная проводимость h_22К совпадает с h_22Э, поскольку схемы замещения при их определении отличаются лишь порядком включения резисторов и .

Таблица 2.1

Параметр	Схемы включения
	ОБ	ОЭ	ОК
			1
	-

Приведенные в таблице 2.1 выражения для параметров нетрудно получить аналогично и из Т-образной схемы за­мещения транзистора, включенного с общим коллектором, приведена рис. 3

Рис. 3. Физическая Т-образная схема замещения транзистора

в режиме малого сигнала в схеме ОК

Физические параметры транзистора могут быть определены через на основании формул (36) или таблицы 2.1. При этом, как и для схемы ОБ, из-за неточности определения сопро­тивления и определяются с большой погрешностью,вплоть до отрицательных значений . На практике сначала рассчитывают через известный ток покоя (постоянная составляющая) тран­зистора, а затем по формулам 3,4,6 через h -параметры опре­деляют остальные физические параметры:

(7)

(8)

(9)

(10)

На основании формулы (8) в справочных данных основной усили­тельный параметр транзистора - коэффициент передачи тока базы обознчается как .

Физические параметры транзистора формально можно опреде­лить и через h-параметры, измеренные в схеме ОК, но такой метод практического применения не нашел. Дело в том, что схема включения транзистора ОК (эмиттерный повторитель) при холостом ходе на входе и коротком замыкании на выходе для переменной составляющей сигнала теряет свои положительные свойства: вы­сокое входное и низкое выходное сопротивления. Учитывая, что значения физических параметров для схем ОЭ и ОК совпадают (см. рис. 2 и 3), последние определяют через h-параметры, измеренные в схеме ОЭ и (или) ОБ.

В учебной и специальной литературе (1, 2, 3) часто приводятся соотношения, позволяющие производить пересчет h-парамет­ров в одной схеме включения через h параметры, измеренные в другой схеме. Такие соотношения получены путем обращения четырехполюсника и хотя формально абсолютно верны, для практи­ческого применения малопригодны ввиду их громоздкости. На практике удобнее применять упрощенные формулы, полученные на основании таблицы 2.1 с учетом совпадения физических парамет­ров транзистора для различных схем включения.

Ниже приведены формулы пересчета -параметров через параметры и соответствующие этим формулам соотношения между физическими параметрами:

(11)

Обратный пересчет от схемы ОЭ к схеме ОБ производится по формулам (11) с простой переменной индексов: .

Пересчет h -параметров для схем 0Э и 0К можно провести по формулам (обратный пересчет путем замены индексов):

(12)

Сопоставительный анализ схем ОБ и ОЭ позволяет определить различия между h-параметрами транзистора: входное сопротивле­ние в схеме ОЭ в раз больше, чем . Типичные значения Ом, кОм. Коэффициент обратной связи по напряжению для обоих схем примерно одинаков и имеет порядок . В схеме ОЭ транзистор обеспечивает усиление по току, а в схеме ОБ . Выходная проводимость в схеме ОЭ в раз больше, чем в схеме ОБ.

Отличительной особенности схемы 0К является наличие 100% обратной связи по напряжению, поскольку .

В практических схемах, реализованных на транзисторах, вклю­ченных по схемам ОБ и ОЭ, режимы работы близки тем режимам, при которых определяются h-параметры: х.х. на входе и к.з. на выхо­ды. Как правило, транзистор управляется током, что соответствует наличию во входной цепи источника с большим (по сравнению с ) выходным сопротивлением. Но даже при существенном отличии режима на входе от х.х. для переменной составляющей сигнала из-за того, что вход и выход транзистора связаны через большое сопротивление обратно смещенного коллекторного перехода, выходная проводимость и коэффициент обратной связи по напряжению усилительного каскада на транзисторе в схемах ОБ и ОЭ практически близки к соответству­ющим значениям и . Аналогично, сопротивление нагрузки транзисторного каскада как правило значительно меньше, чем (или ), что соответствует к.з. на выходе. Практическое совпадение значений "схемных" параметров усилительного каскада на транзисторе, работающего от источников сигнала с различными выходными сопротивлениями и на различную нагрузку в схемах ОЭ и ОБ, с h-параметрами транзистора является основным преиму­ществом представления транзистора как линейного четырехполюсников в h- системе.

В практических схемах на транзисторе, включенном по схеме ОК, эмиттерных повторителях, источник входного сигнала, как пра­вило, является источником напряжения, и при100% обратной связи между входом и выходом "схемные" параметры - входное сопротив­ление и выходная проводимость существенно отличаются от h-параметров: входное сопротивление и выходная проводимость значи­тельно больше, чем и соответственно. Другими словами, эти параметры усилителя определяются в основном внешними элемен­тами, а не параметрами транзистора.

В таблице 2.2 приведены ориентировочные численные значения низкочастотных h-параметров маломощных кремниевых транзисто­ров для различных схем включения:

Таблица 2.2

Параметр	Схема включения
	ОБ	ОЭ	ОК
, Ом	1-20	100-1000	100-1000
			1
	0,95-0,99	20-100	20-100
, См