Реферат на тему:
Малосигнальні параметри біполярного транзистора та еквівалентні схеми.
При розрахунках транзисторних підсилювальних схем транзистор, як
правило, заменююьт його еквівалентною схемою, параметри якої отримують
шляхом лінеарізації вольтамперних характеристик в заданій робочій точці.
Оскільки точну лінеаризацію можна отримати тільки в обмеженій області
зміни напруг та струмів, то розраховані таким чином параметри називають
малосигнальними. При визначенні параметрів транзистора він розглядається
як деякий чотирьохполюсник, як це показано на рис. 59. При такому
підході не є принциповим, в якому увімкненні знаходиться транзистор.
Розбіжності в схемі увімкнення відобразяться на значеннях самих
параметрів.
Рис. 59. Подання транзистора у виді чотирьохполюсника: а) увімкнення зі
спільним емітером, б) увімкнення зі спільною базою
На вході чотирьохполюсника (рис. 59) діють U1, I1, на виході – U2, I2. В
залежності від того, що буде взято в якості функцій та що в якості
аргументів, будуть мати місце різні системи параметрів.
r – параметри.
Припустимо, що при вимірюваннях задавали вхідний та вихідний струми і
вимірювали вхідну та вихідну напругу, результуючі вольтамперні
характеристики транзистора були записані у виді:
U1 = f1(I1,I2), U2 = f2(I1,I2) (4_59)
Повні диференціали вхідної та вихіідної напруг запишуться в наступному
виді:
(4_60)
Відповідні диференційні прирости будемо розглядати як сигнали, а похідні
– як деякі коефіцієнти, які мають розмірність опору, тоді рівняня (4_60)
можна переписати в наступному виді:
(4_61)
Розглянемо фізичний зміст параметрів та спосіб їх визначення.
Для того, щоб визначити малосигнальні параметри, потрібно задати режим
транзистора за постійним струмом, який відповідатиме його робочій точці
в підсилилювальному каскаді (наприклад, т.А на рис. 58), тобто
встановити UЕ(А), UК(А) та задати відповідні значення IЕ(А), IК(А).
Потім, задаючи змінні сигнали струму у вхідне та вихідне кола, виконати
вимірювання відповідних значень напруг, які дозволять розрахувати
малосигнальні параметри транзистора. Оскільки задаються струми,
необхідно забезпечити режим генератора струму, ттобто вхідний чи
вихідний опір транзистора на частоті сигналу повинен бути набагато
меншим за опір генератора сигналу. Розрахунок параметрів проводиться за
формулами, які випливають з (4_61):
r11 = u1/i1 – вхідний опір транзистора, виміряний при i2 = 0, тобто в
режимі холостого ходу у вихідному колі;
r22 = u2/i2 – вихідний опір транзистора, виміряний при i1 = 0, тобто в
режимі холостого ходу у вхідному колі;
r12 = u1/i2 – опір зворотнього зв’язку, виміряний при i1 = 0, тобто в
режимі холостого ходу у вхідному колі;
r21 = u2/i1 – оіпр прямої передачі сигналу, виміряний при i2 = 0, тобто
в режимі холостого ходу у вихідному колі;
Усі визначені параметри є опорами (r-параметрами). Для r-параметрів
можна скласти еквівалентну схему. Підсилювальні властивості транзистора
та властивості зворотнього зв’язку характеризуються напругами r21i1
r12i2, які на еквівалентні схемі можна відобразити, увівши генератори
напруг, сигнал яких буде залежати від вхідного та вихідного сигналу.
Еквівалентна схема, яка відповідає рівнянням (4_61), показана на рис.
60,а.
Рис. 60. Схеми заміщення біполярного транзистора: а) п – подібна схема
заміщення, б) т – подібна схема заміщення транзистора при увімкненні СБ,
в) т – подібна схема заміщення транзистора при увімкненні СЕ
Схему, яка показана на рис. 60,а, можна перетворити в еквівалентну їй т
– подібну схему заміщення, перерахувавши відповідні опори та увівши
генератор струму, що характеризватиме підсилювальні властивості
транзистора. Параметри, які входять в цю схему заміщення, часто
називають фізичними, оскільки їм можно надати визначений фізичний зміст.
На рис. 60,б показана т – подібна схема заміщення транзистора в СБ на
фоні структури біполярного транзистора. Порівняння схеми зі структурою
показує, що дійно можна надати наступний фізичнкий зміст елементам
схеми:
rе – диференційний опір емітерного переходу в заданій робочій точці,
rк – диференційний опір колекторного переходу в заданій робочій точці,
rб – диференційний опір товщини бази, який створює падіння напруги від
базового струму і є однією з причин зворотнього зв’язку в транзисторі,
? – коефіцієнт передачі струму в схемі зі спільною базою (KiБ).
Зручність фізичних параметрів полягає в тому, що іони дозволяють
наглядно подати вплив конструктивно-технологічних параметрів транзистора
на його експлуатаційні характеристики. Так, наприклад, зменшення степені
легування бази або її товщини повинні викликати зростання rб і,
відповідно, збільшення зворотнього зв’язку в транзисторі. На рис. 60,в
показана малосигнальна схема заміщення транзистора з увімкненням СЕ, в
цій схемі: KiЕ = ? =?/(1-?) та r*кЕ ? rкБ/ ?.
До недоліків фізичних параметрів необхідно віднести те, що їх неможливо
виміряти безпосередньо, тому їхні значення отримують шляхом перерахунку
з r – параметрів. Для знаходження формул перерахунків можна скласти
рівняння, які описують схему рис. 50,а та схему рис. 50,б (або рис.
50,в) і прирівняти коефіцієнти при відповідних струмах.
Приклад: знаходження відповідності між r параметрами та фізичними
параметрами.
Складемо рівняння, які описуватимуть схему 50,б аналогічно тому, як
рівняння (4_61) описують схему рис. 50,а.
(4_62)
Прирівняємо коефіцієнти при струмах в (4_61) та (4_62) і знайдемо
зв’язок між їх параметрами:
(4_63)
Аналогічно можна встановити зв’язок між параметрами схеми рис. 50,в та
рис. 50,а.
?
1/4
??
?
??>?, що вони потребують забезпечення режиму холостого ходу за змінним
сигналом у вихідному колі. Цей режим переважно досягається шляхом
послідовного увімкнення індуктивності, однак на високих частотах важко
забезпечити високий опір індуктивності, такий, щоб він був більшим за
вихідний опір транзистора, в результаті, можуть виникнути значні похибки
при визначенні параметрів транзистора і, відповідно, при розрахунку
каскадів, що його використовують.
g – параметры.
Припустимо, що при вимірюваннях задавали входну та вихідну напругу і
вимірювали входний та вихідний струми, після чого результуючі
вольтамперні характеристики транзистора були записані у виді:
I1 = f1(U 1, U 2), I2 = f2(U 1, U 2) (4_64)
Повні диференціали вхідної та вихідної напруг запишуться в наступному
виді:
(4_65)
Перейшовши до запису малих сигналів, рівняння (4_65) перетворимо до
виду:
(4_66)
Задаючи змінні сигнали напруг у вхіде та вихідне кола, можна виконати
вимірювання відповідних значень струмів та розрахувати малосигнальні
g-параметри транзистора, які будуть провідностями. Оскільки при
вимірюваннях задаються напруги, то необхідно забезпечити режим
генератора напруг, тобто опір генератора на частоті сигналу повинен бути
набагато меншим за вхідний чи вихідний опір транзистора. Розрахунок
параметрів проводиться за формулами, що випливають з (4_61):
g11=i1/u1 – вхідна провідність транзистора, виміряна в режимі u2 = 0 –
короткого замикання за змінним струмом у вихідному колі,
g22=i2/u2 – вихідна провідність транзистора, виміряна в режимі u1 = 0 –
короткого замикання за змінним струмом у вхідному колі,
g21=i2/u1 – провідність прямої передачі, виміряна в режимі u2 = 0 –
короткого замикання за змінним струмом у вихідному колі,
g12=i1/u2 – провідність зворотнього зв’язку, виміряна в режимі u1 = 0 –
короткого замикання за змінним струмом у вхідному колі,
Схема заміщення транзистора, що відповідає малосигнальним g-параметрам,
наведена на рис. 61,а.
До недліків g-параметрів необхідно віднести те, що вони потребують
впровадження режиму короткого замикання за змінним сигналом у вхідному
колі. Цей режим переважно досягається шляхом паралельного увімкнення з
входом транзистора конденсатора, однак на високих частотах важко
забезпечити низький опір конденсатора, такий, щоб він був меншим вхідний
опір транзистора, особливо, якщо він потужний.
Рис. 61. Схеми заміщення біполярного транзистора, які відповідають: а) g
– параметрам, б) h – параметрам
h – параметри.
З точки зорувимірювань r та g параметри мають суттєві недоліки, через
які важко реалізувати їх точне вимірювання. Оскільки вхідний опір
біполярного транзистора малий, а вихідний великий, то при вимірюваннях
краще, за змінним струмом, у вхідному колі здійснювати режим холостого
ходу (опір вимірюваного кола на заданій частоті вищий за вхідний опір
транзистора), а у вихідному – режим короткого замикання (опір
вимірюваного кола менший за вихідний опір транзистора).
Припустимо, що при вимірюваннях будуть задаватись вхідний струм та
вихідна напруга і вимірюватись вхідна напруга та вихвдний струм, після
чого результуючі вольтамперні характеристики транзистора будуть записані
у виді:
U1 = f1(I1, U2), I2 = f2(I1, U2) (4_67)
Повні диференціали вхідної напруги та вихідного струму запишуться в
наступному виді:
(4_68)
Перейшовши до запису малих сигналів рівняння (4_65) перетворимо до виду:
(4_69)
Задаючи змінні сигнали струму у вхідне та напруги у вихідне кола, можна
виконати вимірювання відповідних значень напруг у вхідному колі та
струмів у вихідному, на основі яких можна розрахувати малосигнальні
h-параметри транзистора, які будуть як безрозмірними, так з розмірністю
провідності та опору (тому цю систему називають системою змішаних
параметрів). Розрахунок параметрів проводиться за формулами, які
випливають з (4_66):
h11=u1/i1 – вхідний опір транзистора, виміряний в режимі u2 = 0 –
короткого замикання за змінним струмом у вихідному колі,
h22=i2/u2 – вихідна провідність транзистора, виміряна в режимі i1 = 0 –
холостого ходу за змінним сигналом у вхідному колі,
h21=i2/i1 – коефіцієнт передачі струму, виміряний в режимі u2 = 0 –
короткого замикання за змінним струмом у вихідному колі, (для СБ h21=?,
для СЕ h21=?),
h12=u1/u2 – коефіцієнт зворотнього зв’язку за напругою, виміряний в
режимі i1 = 0 – холостого ходу за змінним сигналом у вхідному колі,
Схема заміщення транзистора, яка відповідає малосигнальним h-параметрам,
наведена на рис. 61,б.
До недоліків h-параметрів необхідно віднести те, що, оскільки дана
система є змішаною, то іона незручна для схемотехнічних розрахунків. В
схемотехнічних розрахунках можуть використовуватись r чи g параметри,
розраховані на основі h параметрів.
Розглянуті системи параметрів можуть використовуватись як на низьких,
так і на високих частотах. При цьому відповідні значення на високих
частотах стають комплексними, тому r, g, h – параметрам на високих
частотах будуть відповідати комплексні Z, Y, H – параметри.
Використана література:
Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая
школа, 1978.
Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной
электроники. -М.: Высшая школа, 1975.
Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.
Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Высшая
школа, 1988.
Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: высшая
школа, 1982.
Гершунский В.С. Основы электроники. – К.: Вища школа, головн. из-во,
1982.
Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.:Энергоатомиздат, 1985.
Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. – М.: Высшая школа,
1986.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
