4.3. Система h-параметров биполярных транзисторов

Связь между малыми приращениями токов и напряжений, действующих в транзисторе, устанавливается так называемыми характеристическими параметрами. Эти параметры определяются схемой включения транзистора. Существует несколько систем характеристических параметров. Наибольшее распространение получила система h-параметров, называемая смешанной или гибридной, так как среди параметров этой системы имеется одно сопротивление, одна проводимость и две безразмерные величины.

h-параметры связывают входные и выходные токи и напряжения. Зависимости между входным напряжением U₁=U_БЭ, входным током I₁=I_Б, выходным напряжением U₂=U_КЭ и выходным током I₂=I_К могут быть выражены системой двух уравнений:

ΔU₁=h₁₁ΔI₁+h₁₂ΔU₂,

ΔI₂=h₂₁ΔI₁+h₂₂ΔU₂,

где:

h_11Э – входное сопротивление транзистора при коротком замыкании (по переменному току) на выходе транзистора;

h_12Э – коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе (разомкнутом входе по переменному току);

h_21Э – коэффициент усиления по току при коротком замыкании (по переменному току) на выходе транзистора;

h_22Э – выходная проводимость транзистора при разомкнутом (по переменному току) входе.

h_11Э=ΔU_БЭ/ΔI_Б при U_КЭ=const; h_12Э=ΔU_БЭ/ΔU_КЭ при I_Б=const;

h_21Э=ΔI_К/ΔI_Б при U_КЭ=const; h_22Э=ΔI_К/ΔU_КЭ при I_Б=const.

Индекс «Э» обозначает, что данная система параметров относится к схеме с общим эмиттером. Для любой схемы включения транзисторов h-параметры могут быть определены по статическим характеристикам транзистора: параметры h₁₁ и h₁₂ – по входным (рис. 4.3.1, а, б), параметры h₂₁ и h₂₂ – по выходным (рис. 4.3.1 в, г).

а) б)

в) г)

Рисунок 4.3.1. Определение h-параметров биполярного транзистора

по семействам входных и выходных характеристик.

4.4. Схемы включения биполярных транзисторов.

Как отмечалось выше, обобщенная схема включения транзистора для усиления электрических колебаний представляет собой четырехполюсник; из трех его электродов один – входной, другой – выходной, а третий – общий для цепей входа и выхода, и в зависимости от того, какой электрод является общим, возможны три схемы включения транзистора – с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис.4.4.1, а, б и в, соответственно).

На всех схемах кроме источников питания Е_Э, Е_Б и Е_К присутствует источник сигнала ~U_BX (источник переменного тока), включенный последовательно с источником Е_Э или Е_Б, причем Е_К>>Е_Э или Е_Б, а амплитуда ~U_BX<Е_Б или Е_Э. Рассмотрим работу каждой из схем в качестве усилителя сигнала ~U_BX.

Рисунок 4.4.1. Схемы включения транзистора: а) с общей базой, б) с общим эмиттером, в) с общим коллектором.

4.4.1. Схема с общей базой

В схеме рис. 4.4.1, а к эмиттеру транзистора относительно общей базы приложены напряжения ~U_BX и Е_Э. При положительном полупериоде ~U_BX напряжение U_ЭБ=Е_Э– U_BX, т. е. напряжение U_ЭБ уменьшается. Это вызовет уменьшение I_Э, а следовательно, и I_К, что приведет к уменьшению падения напряжения на R_H, при этом выходное напряжение (напряжение на коллекторе) увеличится. Рассуждая аналогично, можно показать, что при отрицательном полупериоде ~U_BX выходное напряжение будет уменьшаться. Таким образом, в схеме ОБ входной и выходной сигналы синфазны (сдвиг фаз между входным и выходным сигналами равен 0).

Входным током является ток эмиттера, выходным – ток коллектора. С учетом соотношения I_Э=I_К+I_Б можно сказать, что I_ВХ>I_ВЫХ (с учетом малого значения I_Б можно считать I_ВХ≈I_ВЫХ). Таким образом, в схеме ОБ усиления тока не происходит.

При малых напряжениях во входной цепи возникают токи значительной величины. Это возможно, если входное сопротивление схемы ОБ низкое.

Выходной ток, практически равный входному, протекает через большое сопротивление нагрузки R_H, при этом в выходной цепи должны действовать напряжения, значительно превышающие входные. Таким образом, в схеме ОБ происходит значительное усиление напряжения при высоком выходном сопротивлении схемы ОБ.