1.3.4 Статические характеристики транзисторов
Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором токи и напряжения не изменяются во времени, то есть не сказываются динамические параметры транзистора (емкости p-n переходов).
Статические характеристики рассмотрим для n-p-n транзистора и схемы включения с общим эмиттером, как наиболее часто применяемой.
Входная характеристика – зависимость входного (базового) тока от входного (база-эмиттер) напряжения, при неизменном напряжении коллектор-эмиттер IБ = f(UБЭ) при UКЭ = const.
Входная характеристика при напряжении UКЭ>1В это характеристика p-n перехода база-эмиттер и от напряжения коллектор-эмиттер практически не зависит. Поэтому можно считать, что входная ВАХ транзистора единственная.
Рис. 1.16 Входные характеристики транзистора.
1 – при UКЭ>1В,
2 – при UКЭ=0В.
Семейство выходных характеристик.
Выходной характеристикой для схемы с общим эмиттером является зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при неизменном токе базы
IК = f(UКЭ) при IБ = const.
Рис. 1.17 Семейство выходных характеристик транзистора
На семействе выходных характеристик можно выделить три зоны:
I – зона насыщения, когда транзистор полностью открыт;
I I – активная зона, в которой проявляются усилительные свойства транзистора;
I I I – зона отсечки, когда транзистор закрыт.
Следует отметить, что для полного запирания транзистора в базу необходимо подать отрицательный ток, равный обратному току коллектора.
1.3.5 Схема замещения транзистора
Транзистор является нелинейным устройством. Вести расчеты с нелинейными устройствами приходится или графически, или численными методами с привлечением вычислительной техники. Существенно упростить расчеты можно, если параметры транзистора изменяются в пределах линейных участков его характеристик, тогда для отклонений (приращений) токов и напряжений от некоторого исходного режима можно использовать линейную схему замещения.
Рис. 1.18 Схема замещения транзистора
Из выходных характеристик следует, что транзистор в рабочей области ведет себя как источник коллекторного тока, управляемый базовым током. С другой стороны ток коллектора не остается абсолютно постоянным, что учитывается сопротивлением rК, шунтирующим источник тока.
База достаточно узкая и сопротивление rБ > rЭ. Сопротивление rK много больше остальных сопротивлений и его учетом часто пренебрегают.
Если учесть обратный ток коллектора и малое падение напряжения на эмиттерном сопротивлении, то ток коллектора определится выражением
.
Система h-параметров транзистора
В системе h-параметров в виде независимых переменных приняты входной ток I1 и выходное напряжение U2. В этом случае зависимые переменные U1 = f (I1, U2); I2 = f = f (I1, U2).
Транзистор, как четырехполюсник, описывается системой уравнений
. (1.8)
Для схемы с общим эмиттером, опуская знак приращения получим:
. (1.9)
Определение h-параметров для схемы с общим эмиттером.
Входное сопротивление транзистора
при UKЭ
=
const. (1.10)
Графически для исходной рабочей точки А входное сопротивление транзистора определяется следующим образом
Рис. 1.19 Графическое определение входного сопротивления транзистора
Обратная связь по напряжению практически отсутствует
. (1.11)
Коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером
,
при UKЭ
=
const. (1.12)
Рис. 1.20 Графическое определение коэффициента усиления по току
,
при UKЭ
=
const. (1.13)
Коллекторная проводимость
,
при IБ
=
const. (1.14)
Рис. 1.21 Графическое определение коллекторной проводимости
Связь h и r параметров
Входное сопротивление транзистора
при dUKЭ
= 0, чему
соответствует схема замещения
Рис. 1.21 Схема замещения для определения входного сопротивления
,
отсюда
.
(1.15)
Коэффициент
усиления по току в схеме с общим эмиттером
.
Коллекторное сопротивление с учетом rK>>rБ>rЭ
. (1.16)