Биполярные транзисторы

3.5. Эквивалентные схемы БТ. Эквивалентные схемы применяются для анализа цепей, содержащих транзисторы.
Эквивалентная схема биполярного транзистора на постоянном токе, являющаяся нелинейной физической моделью биполярного транзистора, называется моделью Эберса-Молла (рис. 3.15). Представленная модель характеризует только активную область транзистора, не учитывая его пассивную (паразитную) область. Данная модель хорошо отражает обратимость транзистора - принципиальную равноправность обоих его переходов. Эта равноправность особенно ярко проявляется в режиме двойной инжекции, когда на обоих переходах действуют прямые напряжения.

Рис. 3.15. Эквивалентная схема транзистора модели Эберса-Молла
Физическая модель биполярного транзистора Эберса-Молла обычно применяется для работы транзистора при больших изменениях напряжения и тока.
Параметры эквивалентной схемы могут быть определены либо расчетным, либо экспериментальным путем. Однако расчет не всегда обеспечивает требуемую точность из-за трудности учета контролируемых и неконтролируемых явлений в транзисторе. Поэтому очень часто транзистор представляют четырехполюсником, заменив физические эквивалентные схемы более удобными на практике эквивалентными схемами в h- и y-параметрах.
Эквивалентная схема транзистора в h-параметрах (рис. 3.16 а) отражает зависимость выходного тока I₂ и выходного напряжения U₁ от его входного тока I₁ и выходного напряжения U₂ транзистора.

Рис. 3.16. Эквивалентные схемы транзистора в h-параметрах (а) и y-параметрах (б)
Эта зависимость определяется системой уравнений:

(3.17)

где  и  - изменение входного и выходного напряжений соответственно;  и  - изменения соответствующих токов.
Коэффициенты уравнений (3.17) определяют экспериментально с помощью опытов короткого замыкания на выходе и обратного холостого хода на входе транзистора.
Для схемы, изображенной на рис. 3.16 а, можно определить, что


(3 .18)


Полученные h-параметры имеют следующий физический смысл: h₁₁ и h₂₁ — входное сопротивление и коэффициент передачи тока эмиттера при коротком замыкании на выходе транзистора; h₁₂ и h₂₂ – величины, обратные коэффициенту усиления по напряжению (коэффициент обратной связи по напряжению) и выходному сопротивлению (выходная проводимость) при обратном холостом ходе на входе транзистора. На практике h-параметры применяют, как правило, для анализа низкочастотных схем.
Эквивалентная схема транзистора в y-параметрах используется для анализа высокочастотных схем. В этом случае независимыми переменными являются напряжения ΔU₁ и ΔU₂, а зависимыми токами - токи ΔI₁ и ΔI₂. Тогда систему уравнений, характеризующих работу транзистора как четырехполюсника, можно представить в общем виде:

(3.19)

Коэффициенты системы уравнений (3.19) для схемы, изображенной на рис. 3.16 б, определяются при прямом и обратном коротком замыкании четырехполюсника.


(3 .20)


Физический смысл коэффициентов (3,20): y₁₁ – величина, обратная входному сопротивлению, т.е. входная проводимость при коротком замыкании; y₁₂ - проводимость обратной передачи, т.е. величина, характеризующая воздействие выходного напряжения на входной ток при обратном коротком замыкании; у₂₁ - проводимость прямой передачи, т.е. величина, характеризующая влияние входного напряжения на выходной ток при коротком замыкании; y₂₂ - величина, обратная выходному сопротивлению, т.е. выходная проводимость при обратном коротком замыкании.