Бп транзисторы

Малосигнальные эквивалентные схемы транзистора.

На практике часто приходится сталкиваться с задачей усиления малых сигналов. В этом случае на постоянные составляющие токов I(0) и напряжений U(0) (определяющих рабочую точку транзистора) наложены малые переменные сигналы  I(t),  u(t) или:

Р анее были рассмотрены статические вольтамперные характеристики транзистора, который рассматривался как четырехполюсник. На практике приходится решать уравнения, определяющие параметры конкретных схем. В отличие от больших сигналов связи между малыми приращениями линейны и определяются полными дифференциалами функций f₁ и f₂, ( ), что значительно упрощает расчет. Частные производные перед независимыми переменными обозначим символами h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ и будем называть h-параметрами транзистора. (В зависимости от схемы включения в обозначения добавляется индекс, например, h_11Э или h_11Б или h_11К). Зададим приращения токов и напряжений в виде малых гармонических колебаний. Тогда уравнения можно записать:
U_1m = h₁₁ I_1m + h₁₂ U_2m ;
I_2m = h₂₁I_1m + h₂₂ U_2m . (3.48)
Где I_1m и U_2m – амплитуды малых сигналов.

Смысл параметров.

Уравнениям (3.48) соответствует эквивалентная схема, приведенная выше. Из (3.48) вытекают смысл и наименование h-параметров:
- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе
для малой переменной составляющей тока;

- коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока;

- дифференциальный коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей;

- выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока.

Отметим, что на высоких частотах между переменными составляющими токов и напряжений появляются фазовые сдвиги и параметры становятся комплексными. При этом (3.48) записываются в виде:

(3.49)

Определение h-параметров по характеристикам

Низкочастотные значения h-параметров транзистора можно найти с помощью семейств входных и выходных характеристик. Для этого:
Отмечают на характеристиках положение рабочей точки по постоянному току, в которой определяются h-параметры.
Определяются малые приращения токов и напряжений относительно рабочей точки и рассчитываются h-параметры.

Влияние температуры

Влияние температуры на работу биполярного транзистора обусловлено тремя физическими факторами: уменьшением потенциальных барьеров в переходах, увеличением тепловых токов переходов и увеличением коэффициентов передачи токов с ростом температуры.
1. Уменьшение потенциального барьера  К с ростом температуры также, как и в изолированном переходе, ( ) приводит к усилению инжекции, в результате чего увеличивается входной ток транзистора. На рис. 3.24 приведены входные характеристики транзистора в схеме с общей базой, полученные при различных температурах (заметим, что входные характеристики в схеме ОЭ при различных температурах выглядят аналогично и отличаются лишь масштабом по оси токов так как i_К >>i_Б. Как видно из рисунка 3.24, увеличение входного тока с ростом температуры эквивалентно смещению характеристики в сторону меньших входных напряжений. Это смещение описывается температурным коэффициентом напряжения , который составляет для кремниевых транзисторов  = - 3 мВ/град.

2. Увеличение тепловых токов переходов с ростом температуры описывается приводимыми в справочниках температурными зависимостями токов I_КБ0, I_ЭБ0. Типовые зависимости токов I_КБ0 и I_ЭБ0 от температуры для кремниевого маломощного транзистора приведены на рис. 3.25.

Как видно из рисунка в рабочем интервале температур транзистора (-60  ...+ 80  C) токи I_КБ0 и I_ЭБ0 могут изменяться на 1...2 порядка. Следует заметить, что отмеченный рост тепловых токов заметно сказывается на выходных характеристиках лишь германиевых транзисторов, что связано с относительно большой величиной самих тепловых токов. В кремниевых транзисторах тепловые токи очень малы, поэтому их изменение с температурой не оказывает заметного влияния на характеристики.
3. Увеличение коэффициента передачи тока эмиттера  и тока базы  с ростом температуры обусловлено ростом времени жизни электронов в базе и соответствующим ослаблением их рекомбинации с дырками. На рис. 3.26 приведены типичные температурные зависимости коэффициентов  и  , нормированных к значениям, полученным при комнатной температуре ( t =20  C). Из рисунка видно, что если изменение  с температурой выражено очень слабо (в рабочем интервале температур оно не превышает нескольких процентов), то изменение  может достигать нескольких сотен процентов.

Особенности работы биполярного транзистора на высоких частотах

При работе транзистора с сигналами высокой частоты время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. В результате способность транзистора усиливать электрические сигналы с ростом частоты ухудшается. Для анализа работы транзистора с высокочастотными сигналами используются динамические модели как нелинейные, так и линейные, отличающиеся от статических учетом влияния емкостей переходов. При этом барьерные емкости переходов описывают процессы, аналогичные перезаряду обычных конденсаторов, а диффузионные емкости, характеризующие накопление и рассасывание неравновесных носителей, одновременно учитывают и конечную скорость их перемещения.
Для анализа воспользуемся малосигнальной схемой транзистора. Как и схемы замещения, малосигнальные физические (моделирующие) эквивалентные схемы предназначены для расчета малых переменных составляющих токов и напряжений, но элементы этих схем соответствуют структуре и физическим процессам реального транзистора. Наиболее распространенные физические эквивалентные схемы получают путем линеаризации уравнений моделей Эберса – Мола.