Четырехполюсник

ЛЕКЦИЯ 7. Транзистор как активный линейный

Понятие ”активный" четырехполюсник означает, что он имеет коэффициент передачи по мощности больше единицы. "Линейный" – означает линейную связь, например, выходного и входного напряжений. Транзистор обладает усилением по мощности, однако в целом он является нелинейным элементом. Для получения на основе транзистора активного линейного четырехполюсника необходимо обеспечить его работу на линейных участках входных и выходных вольт-амперных характеристик, то есть задать рабочую точку. Далее берут приращения токов и напряжений на входе и на выходе транзистора. Приращения должны быть небольшими, чтобы параметры активного элемента не зависели от входного сигнала. Такой режим называют режимом малого сигнала. Экспериментально параметры четырехполюсника определяют в окрестностях рабочей точки в режиме малого гармонического сигнала, то есть берут комплексные величины тока и напряжения и (рис. 7.1).

Связь между токами и напряжениями в общем случае может быть описана через z, y, h и G -параметры.

7.1. Система z -параметров

; .

Из этой системы уравнений:

– входное сопротивление;

– сопротивление обратной связи;

– сопротивление прямой передачи;

– выходное сопротивление.

Все z -параметры определены в режиме холостого хода на входе и на выходе . Все они являются сопротивлениями. Эквивалентная схема активного четырехполюсника в системе z -параметров показана на рис. 7.2. Генератор – зависимый генератор напряжения обратной связи. Он действует во входной цепи, а зависит от тока выходной цепи. Генератор – зависимый генератор напряжения прямой передачи. Его эдс зависит от входного тока.

7.2. Система y -параметров

; .

Коэффициенты системы уравнений определяются в режиме короткого замыкания на входе и на выходе:

; ; ; .

Все y -параметры – это проводимости. Эквивалентная схема в y -параметрах показана на рис. 7.3.

7.3. Система h -параметров

; .

h -параметры определяются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Поэтому они называются гибридными параметрами.

; ; ; .

– входное сопротивление, – коэффициент обратной связи по напряжению, – коэффициент передачи (прямой) по току, – выходная проводимость. Эквивалентная схема четырехполюсника в h -параметрах показана на рис. 7.4. – зависимый генератор эдс, – зависимый генератор тока.

Определим связь между физическими параметрами и h -параметрами транзистора, включенного по схеме с общей базой. Эквивалентная малосигнальная схема p - n - p -транзистора показана на рис. 7.5. Считаем, что . Найдем h -параметры.

.

Так как , то , а цепь и включаются параллельно , и падение напряжения на равно падению напряжения на . Тогда по Кирхгофу: . Выразим ток базы через входной ток : . Подставив в , получим:

.

.

.

Так как , то и напряжений в цепи нет. Используем искусственный прием. Подадим на коллектор относительно базы напряжение . Под его действием по цепи коллектор-база потечет ток (так как ): . Подставив в , получим:

.

Найдем .

.

Мы видим ситуацию, аналогичную случаю . Поэтому используем тот же прием. Под действием потечет ток , который создаст на напряжение . Подставив это в , получим:

.

7.4. Система G -параметров

; .

Это тоже система гибридных параметров. Самостоятельно определите G -параметры и эквивалентную схему четырехполюсника.

Следует отметить, что для биполярных транзисторов наиболее точной является система h -параметров, так как эти транзисторы имеют сравнительно малое входное сопротивление и поэтому трудно осуществить режим короткого замыкания на входе и легко режим холостого хода. Выходное сопротивление, наоборот, велико. Поэтому трудно осуществить режим холостого хода и легко – режим короткого замыкания. По традиции, перешедшей от вакуумных триодов, на практике используют также систему y -параметров. Системы z и G- параметров для биполярных транзисторов не применяют.