Лекция 15. Биполярный транзистор как активный четырехполюсник. h-параметры транзистора

Параметры транзистора, входящие в Т-образную схему замещения (рис. 4.10), непосредственно характеризуют физические свойства используемой трехслойной полупроводниковой структуры. Они могут быть рассчитаны по геометрическим размерам слоев и параметрам материала, из которого изготовлен транзистор.

Транзистор можно представить в виде линейного четырехполюсника, если в качестве измеряемых токов и напряжений принимать относительно небольшие их приращения, накладывающиеся на постоянные составляющие. Такие ограничения, как указывалось, приходится принимать во внимание ввиду того, что входные и выходные характеристики транзистора нелинейны и параметры транзистора зависят от режима его работы по току и напряжению входной и выходной цепей. Для небольших приращений (малых сигналов) напряжений и токов параметры транзистора как четырехполюсника связаны линейной зависимостью как между собой, так и с физическими параметрами его Т-образной схемы замещения.

Связь между входными (U1, I1) и выходными (U2, I2) напряжениями и токами четырехполюсника (рис. 4.11) выражается системой двух уравнений. Выбрав два из входящих в эту систему параметров за независимые переменные, находят два других.

Рис. 4.11. К определению параметров транзистора как четырехполюсника

Для транзистора как четырехполюсника в качестве независимых переменных обычно принимают приращения входного тока ΔI1, и выходного напряжения ΔU2, а приращения входного напряжения ΔU1 и выходного тока ΔI2 выражают через так называемые h-параметры транзистора:

ΔU1 = h11ΔI1 + hl2ΔU2, (4.18)

ΔI2 = h21ΔI1 + h22ΔU2.

Параметры, входящие в уравнения (4.18), (4.19), определяют: h11 = ΔU1 / ΔI1 — входное сопротивление транзистора при неизменном выходном напряжении (ΔU2 = 0); h21 = ΔI2 / ΔI1 — коэффициент передачи тока при неизменном выходном напряжении (ΔU2 = 0); h12 = ΔU1 / ΔU2 — коэффициент обратной связи по напряжению при неизменном входном токе (ΔI1 = 0); h22 = ΔI2 / ΔU2 — выходную проводимость транзистора при неизменном входном токе (ΔI1 = 0).

Конкретные значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора, т.е. от того, какие токи и напряжения являются входными и выходными. В справочниках обычно приводят h-параметры, измеренные в схеме ОБ для средней полосы частот при типовых значениях постоянных составляющих тока и напряжения.

Установим связь h-параметров транзистора с их физическими параметрами в схеме ОБ.

С этой целью воспользуемся схемой рис. 4.10, а. Примем в ней напряжение εuкб = 0, переменные составляющие заменим приращениями: uэб = ΔU1, iэ = ΔI1, uнб = ΔU2, iк = ΔI2, а ток iб выразим через входной ток: iб = (1 – α)ΔI1.

Для входной цепи транзистора (см. рис. 4.10, а) при ΔU2 = 0 имеем

ΔU1 = ΔI1[rэ + (1 – α)rб],

откуда

h11 = rэ + (1 – α)rб. (4.20)

Для того же режима (ΔU2 = 0) ток выходной цепи

ΔI2 = α ΔI1

h21 = α. (4.21)

В отсутствие приращений входного тока (ΔI1= 0) ток в выходной цепи

ΔI2 = ΔU2(rк(б) + rб) ≈ ΔU2 / rk(б)

или

h22 = 1 / rк(б). (4.22)

Для этого же режима напряжения на входе и выходе соответственно равны

ΔU1 = ΔI2rб, ΔU2 ≈ ΔI2rк(б) ,

Откуда

h12 ≈ rб / rк(б). (4.23)

Полученные соотношения для h-параметров используем для выражения физических параметров транзистора через его h-параметры:

rэ = h11 – (1 – h21)h12 / h22,

rб = h12 / h22,

rк(б) = 1 / h22,

α = h21. (4.24)