Физические параметры транзистора

К числу основных физических параметров транзистора, опреде­ляющих его динамические свойства при рассмотрении переменных со­ставлявших токов и напряжений в электрических цепях, относятся следующие:

Коэффициент передачи тока эмиттера /дифференциальный/ для схемы ОБ (рис. 2-а):

; U_k=const

Для биполярных транзисторов α = 0,9÷0,995

2. Коэффициент передачи тока базы (дифференциальный) для схемы с общим эмиттером (рис 2-б)

; U_к=const

3. Сопротивление эмиттерного перехода (дифференциальное)

; U_к=const

Характеризуется нелинейной зависимостью от тока эмиттера и прак­тически не зависит от коллекторного напряжения. При изменении температуры линейно меняется приблизительно на 0,33% / ^oС.

4. Сопротивление коллекторного перехода (дифференциальное)

; I_э=const

Изменяется обратно пропорционально току эмиттера, имеет нелиней­ную, с точкой экстремума  зависимость от коллекторного напряжения и температуры окружающей среды.

5. Объемное сопротивление базы (или сопротивление базы) r_б при увеличении тока эмиттера уменьшается и возрастает при увеличении коллекторного напряжения. Изменение от температуры обусловлено концентрацией примесей в базовой области.  

Зависимость этих физических параметров от h - параметров приводится в табл 1.           

                                                                                        

 Таблица 1.

№ n/n	Символ	Параметры четырёхполюсника			Физические параметры
		Схема ОЭ	Схема ОБ	Схема ОК
1	2	3	4	5	6
1	h11э	1100 Ом		h11k
2	h12э	2,5х10-4		1-h12k
3	h21э	50		-(1+h21k)
4	h22э	25х10-6  См		h22k
5	h11б		21,6 Ом
6	h12б		2,9х10-4
7	h21б		-0,98
8	h22б		0,49х10-6  См
9	h11к	h11э		1100 Ом
10	h12к	1-h12э
11	h21к	-(1+h21э)		-51
12	h22к	h22э		25х10-6  См
13	α		-h21б		0,98
14	rk				2,04 МОм
15	rэ				10 Ом
16	rб				590 Ом

 

1.2. Система h -параметров транзистора

Система h -параметров устанавливает связь между напряжениями и токами на входе и выходе транзистора, представленного линейным четырёхполюсником (рис. 1). Электрическое состояние транзистора, как четырёхполюсника в режиме малого сигнала характеризуется величинами: I₁, U₁ - входными; I₂  , U₂ - выходными. Если I₁ и U₂ принять независимыми переменными, то связь между входными и выходными величинами можно представить системой уравнений

U₁=f₁(I₁,U₂)

             I₂=f₂(I₁,U₂)          (1)             

Если при малых изменениях независимых величин приращения зависи­мых величин разложить в ряд Тейлора и пренебречь членами второго и высших порядков, то из уравнений (1) получим уравнения в част­ных производных:

                         (2)

В уравнениях (2) заменим приращения амплитудными значениями токов и напряжений и обозначим частные производные характеристическими h - коэффициентами.

                             (3)

Эти введенные коэффициенты называют системой h – параметров транзистора, и они имеют в режиме малого сигнала физический смысл:

   - входное сопротивление при коротком замыкании на выходе  четырехполюсника.

    - коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе четырехполюсника;

    - коэффициент передачи /усиления/ тока при коротком замыкании на выходе четырехполюсника;

   - выходная проводимость при холостом ходе на входе четырехполюсника.

Измерение h - параметров, как правило, производится на низ­кой частоте (50 ÷ 100 кГц). В паспортных данных транзисторов обыч­но приводят значения h -параметров, измеренных на частоте 1 кГц для одной из схем включения.

Достоинство системы h - параметров заключается в сравни­тельной простоте их непосредственного измерения испытуемого транзистора, недостаток - зависимость от режима работы транзистора и от окружающей среды (рис. 3). На графиках (рис. 3-а, б) за еди­ницу принято значение каждого характеристического параметра при I_э = 1 мА и U_k= - 5 В, а на графиках (рис. 3 – в) при темпера­туре Т = 25 ^оС / I_э =1 мА, U_k = - 6 В /.

Система h -параметров используется при расчетах низкочас­тотных усилителей, преимущественно первых каскадов, работающих при малых сигналах. В справочной литературе, как правило, полностью все h -параметры не указываются. Недостающие h -параметры могут быть легко измерены по приводимым в справочной литературе схемам измерения.

 

1.3. Связь физических параметров с системой h -параметров

 Между физическими и h -параметрами разных схем включения транзистора существует однозначная связь, определяемая соотноше­ниями, приведенными в табл. 1. В этой таблице в качестве примера даны численные значения характеристических и физических параметров маломощных транзисторов при I_э = 1,3 мА, а схема включения тран­зистора обозначена индексом в виде букв. Например: h_11э - для схе­мы ОЭ; h_21б - для схемы ОБ; h_22k - для схемы ОК. Математические величины коэффициентов передачи тока (h_21б и h_21к) для схем ОБ и ОК отрицательны из-за того, что направления токов в четырехполюснике и в схемах включения транзисторов (рис. 1 /) не совпадают. Если необходимо сослаться на какую - либо формулу в таблице, то она нумеруется числом из двух или трех цифр, в котором первая цифра или две цифры - номер строки, последняя - номер столбца.

Например, формула (25) будет записана

формула (164)

Системе h -параметров (табл. 1, столбец 2, строки с 1-ой по 12-ю) соответствуют выражения физических параметров (столбец 6, строки с 1-й по 12-ю). Физическим параметрам (столбец 2, cтроки с 13-й по 16-ю) соответствуют их численные значения (столбец 6, строки с 13-й по 16-ю) для рассматриваемого выше примера.

На высокой частоте коэффициенты усиления α, β  и h -пара­метры становятся комплексными величинами, что означает появление фазового сдвига между токами и напряжениями на входе и выходе эк­вивалентного четырехполюсника. В этом случае формулы связи (табл. 1) неприемлемы.