Електронні ключі (Глава 3 навчального посібника), страница 8

1. Перехідна характеристика. Залежність між струмами й напругами в транзисторі апроксимується нелінійними рівняннями експоненційних моделей напівпровідникових переходів (Еберса-Молла), на розв’язанні яких спільно з використанням графо-матричних методів аналізу, зокрема, методу  змінних стану ґрунтуються прикладні програми розрахунку статичних та динамічних характеристик нелінійних кіл на ЕОМ. Проте для з'сування спрощених якісних співвідношень між характеристиками схеми і її первинними параметрами вдаються до застосування лінеаризованих методів, припускаючи на кожному етапі перехідних процесів параметри транзистора сталими, що дорівнюють усередненому їх значенню в певному діапазоні струмів та напруг. У ключовому режимі ними є параметри великого сигналу, якими надалі й користуватимемося без додаткових застережень.

Аналіз динамічних характеристик ТК, як і складніших схем, можна спростити за допомогою узагальнених матричних методів вузлових напруг або колових струмів [8], які, на відміну від методу заряду, оперують з паспортними, фізичними параметрами транзистора.

Для аналізу за узагальненим методом вузлових напруг зручно  скористатися гібридною схемою заступлення транзистора (рис. 3.7,а). Така схема, спрощена для високих частот, тобто швидких перехідних процесів,  характеризується параметрами:

gб=1/rб,

де rб –  об’ємний опір бази;

                                                                                                            (3.16)

– вхідний адмітанс (повна провідність) відносно внутрішнього вузла б';

Cе,Ск – ємності відповідно емітерного та колекторного переходів;

                                                                                   (3.17)

– керувальна провідність або крутість, яка враховує підсильність транзистора  (тут rе=jт/Iе» 26/Iе Ом, jт » 26 мВ – тепловий потенціал за температури Т=300°К=27°С; Iе – емітерний струм, мА).

Враховуючи, що для схеми зі спільним емітером вхідний резистанс (активний опір на низьких частотах)

Rвх е=rб+(h21е+1)rе=rб+1/gб`е,

маємо в (3.16), (3.17)

                                                                                                                 (3.18)

З (3.16) можна визначити також

   (3.19)

звідки з урахуванням (3.18)

                                                                                                  (3.20)

                        ta=re(Ce+Cк)=1/2pfa=1/2pmfт=1/60pfгrбCк,                                (3.21)

де tb=th21e, ta=th21б – сталі часу коефіцієнтів передачі відповідно h21e=b та h21б=a, що дорівнюють середньому часові життя неосновних носіїв заряду в базі та часові їх прольоту через базу відповідно; fb=fh21e, fa=fh21б – граничні частоти коефіцієнтів передачі h21e та h21б, при яких вони зменшуються в Ö2 рази відносно низьких частот; fт=|h21e|f – межова частота, на якій модуль коефіцієнта підсилення |h21e|=1; fг – максимальна частота генерації, на якій коефіцієнт підсилення за потужністю дорівнює одиниці; коефіцієнт m=1,2 для бездрейфових або m=1,6 для дрейфових транзисторів; rбСк – стала зворотного зв’язку на високій частоті.

Еквівалентну схему ТК (рис. 3.7,б) за змінним струмом для спрощення зобразімо відносно внутрішнього вузла транзистора б/, в якій до складу резистора R=Rб+Rд+rб крім зовнішнього опору Rб включено також опори джерела сигналу Rд та бази транзистора rб, або R » Rб, якщо Rб»Rд+rб. З урахуванням гібридної схеми заступлення транзистора (див. рис. 3.7, а) еквівалентна схема ТК набуває вигляду рис. 3.7,в, де позначено G=1/R, Gк=1/Rк та за допомогою додаткового вузла 4 послідовно з опором Rк штучно введено провідність Y¥ (яка закорочує вузол 4 з базисним полюсом 0), аби скористатися спрощеною формулою для визначення коефіцієнта передачі за струмом [8]

З урахуванням того, що стандартні напрямки струмів Iвх, Iвих схеми  як  чотириполюсника (пунктир) пов’язані  зі струмами транзистора: Iвх(p)=Iб(p),  Iвих(p)=-Iк(p), та номерів вхідного а=1 і вихідного b=4 вузлів, вираз для коефі- цієнта передачі набуває вигляду: