Малосигнальная модель транзистора

Представление транзистора в виде активного четырехполюсника для расчета схем имеет ряд недостатков:

– параметры четырехполюсника задаются в известной степени формально;

– каждый из параметров может отражать влияние сразу нескольких физических процессов.

Поэтому схемы замещения транзистора (рис. 3.14 – 3.17) в системах Z–, Y–, H– параметров называют формальными схемами замещения. Они неполностью отражают все физические процессы, происходящие в транзисторе.

На практике используются физические эквивалентные схемы замещения транзистора, учитывающие схему включения и частотный диапазон его работы. Каждый вывод физической схемы соответствует электроду транзистора, а в формальных эквивалентных схемах различают только входные и выходные зажимы, независимо от того, какими электродами транзистора они являются.

При работе в активном режиме и небольших изменениях напряжения на эмиттерном переходе транзистор можно представить с помощью линейной эквивалентной схемы, которую называют малосигнальной моделью транзистора.

Малосигнальными такие схемы называют потому, что значения напряжений и токов переменного сигнала обычно значительно меньше, чем значения постоянных токов и напряжений.

Широкое распространение получила T–образная малосигнальная модель транзистора (рис. 3.20), элементы которой достаточно полно отражают свойства реального транзистора на низких частотах.

Малосигнальная модель транзистора

Параметры эквивалентной схемы rэ, rб, rк отображают реальные сопротивления транзистора и определяются как отношения приращений напряжений в цепях транзистора к вызвавшим их приращениям токов (на низких частотах такие приращения играют роль переменных сигналов).

Согласно эквивалентной схемы (рис. 3.20) получаем:

Малосигнальная модель транзистора

и составляет единицы–десятки Ом,

Малосигнальная модель транзистора и составляет сотни кОм.

Сопротивление базы rб имеет две составляющие: распределенное сопротивление базы r’б, диффузионное сопротивление r»б. Распределенное сопротивление базы r’б представляет собой область базы, через которую происходит перенос носителей. С уменьшением толщины базы r’б возрастает. Диффузионное сопротивление базы r»б учитывает эффект Эрли, заключающийся во влиянии коллекторного напряжения на ширину базы за счет изменения ширины коллекторного перехода. Генератор тока в цепи коллектора отражает усилительные свойства транзистора. При этом значение тока генератора пропорционально току эмиттера, а с ростом частоты изменяются как амплитуда, так и фаза тока. Если для оценки усилительных свойств транзистора используется генератор напряжения (рис. 3.20,б), то сопротивление генератора Малосигнальная модель транзистора .

Эмиттерный и коллекторный переходы обладают емкостными свойствами, поэтому в эквивалентных схемах необходимо учитывать Малосигнальная модель транзистора и Малосигнальная модель транзистора . Так как эмиттерный переход в активном режиме смещен в прямом направлении rэ шунтируется Малосигнальная модель транзистора . Учитывая, что rэ очень мало, то влияние Малосигнальная модель транзистора незначительно и на низких частотах им можно пренебречь. Обратно смещенный коллекторный переход обладает большим сопротивлением Малосигнальная модель транзистора , поэтому влияние Малосигнальная модель транзистора может сказываться и на низких частотах.

Моделирование транзистора

При анализе работы транзистора в режиме большого сигнала, когда сильно проявляются нелинейные свойства, применяют эквивалентную схему, предложенную Эберсом и Моллом в 1954 году. Задача моделирования состоит в определении связи между статическими характеристиками и физическими параметрами транзистора.

Малосигнальная модель транзистора Простейший вариант модели Эберса–Молла для n–p–n транзистора показан на рис. 3.21 и основан на интерпретации работы транзистора, как прибора, имеющего два взаимодействующих p–n перехода.

Диод Малосигнальная модель транзистора моделирует свойства эмиттерного перехода, а диод Малосигнальная модель транзистора – коллекторного. Источники тока Малосигнальная модель транзистора и Малосигнальная модель транзистора характеризуют соответственно передачу тока эмиттерного перехода в коллектор при нормальном включении и тока коллекторного перехода в эмиттер при инверсном включении транзистора.

Таким образом, токи эмиттера и коллектора связаны с внутренними токами соотношениями

Малосигнальная модель транзистора ; Малосигнальная модель транзистора . (3.18)

Эмиттерный и коллекторный p–n переходы транзистора аналогичны p–n переходу диода. Если к одному из p–n переходов приложить напряжение, а выводы другого p–n перехода замкнуть между собой накоротко, то ток, протекающий через данный p–n переход, увеличится из–за изменения распределения носителей заряда в базе. Тогда токи через переходы запишутся так:

Малосигнальная модель транзистора ; Малосигнальная модель транзистора , (3.19)

где Малосигнальная модель транзистора – тепловой ток эмиттерного перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах базы и коллектора;

Малосигнальная модель транзистора – тепловой ток коллекторного перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах базы и эмиттера

Необходимо помнить, что Малосигнальная модель транзистора , Малосигнальная модель транзистора – это тепловые токи, а не обратные токи переходов.

Положительными считаются токи Малосигнальная модель транзистора , Малосигнальная модель транзистора и напряжения Малосигнальная модель транзистора , Малосигнальная модель транзистора , соответствующие прямым включениям переходов.

В простейшей модели диоды Малосигнальная модель транзистора и Малосигнальная модель транзистора отображают инжекцию (экстракцию) носителей через эмиттерный и коллекторный переходы. Связь между тепловыми токами p–n переходов Малосигнальная модель транзистора , Малосигнальная модель транзистора , включенными раздельно, и тепловыми токами Малосигнальная модель транзистора и Малосигнальная модель транзистора получим из (3.18) и (3.19).

Допустим, что Малосигнальная модель транзистора , Малосигнальная модель транзистора и при Малосигнальная модель транзистора Малосигнальная модель транзистора получим

Малосигнальная модель транзистора ; Малосигнальная модель транзистора . (3.20)

Тогда токи Малосигнальная модель транзистора и Малосигнальная модель транзистора запишутся в следующем виде

Малосигнальная модель транзистора ; (3.21)

Малосигнальная модель транзистора . (3.22)

Полученные уравнения (3.21), (3.22) непосредственно определяют эмиттерный и коллекторный токи транзистора в соответствии с первым законом Кирхгофа (сумма всех токов в электрическом узле равна нулю), они также определяют и базовый ток прибора

Малосигнальная модель транзистора . (3.23)

Из выражений (3.21–3.23) можно получить аналитические описание для любого семейства характеристик при любой схеме включения. Уравнение (3.21) определяет семейство входных статических характеристик для схемы с ОБ. Решив уравнение (3.22) относительно Малосигнальная модель транзистора и учитывая, что в транзисторе в общем случае справедливо равенство

Малосигнальная модель транзистора ,

получим выражение

Малосигнальная модель транзистора , (3.24)

которое описывает выходные характеристики транзистора.

Решив уравнение (3.21) относительно Малосигнальная модель транзистора , получим выражение для идеализированных входных (эмиттерных) характеристик транзистора Малосигнальная модель транзистора при Малосигнальная модель транзистора = const

Малосигнальная модель транзистора . (3.25)

Модель Эберса–Молла описывает поведение транзистора в различных режимах работы, что может быть учтено выбором соответствующей полярности напряжений на эмиттерном и коллекторном переходах.

Случайные записи:

Малосигнальные параметры БТ. Часть 1


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.