Активные элементы электронных схем. Схемы включения транзисторов. Параметры биполярных транзисторов

2. АКТИВНЫЕ   ЭЛЕМЕНТЫ   ЭЛЕКТРОННЫХ   СХЕМ

2.1. Общие сведения

При проектировании электронных схем в зависимости от назначения и вида применяемого каскада могут использоваться биполярные или униполярные  (полевые) транзисторы, а также электронные лампы. Так как транзистор, являющийся элементом электрической цепи, представляет  собой трехполюсник,  то один из  его электродов входит во  входную и выходную  цепи. В зависимости от этого различаются три способа включения транзисторов (Рис.2.1) и  по наименованию общего электрода соответствующая схема  носит название: 

           с общей базой (ОБ),    с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК).

При любом способе включения в цепь входного электрода включается источник управляющего сигнала Е_г, а в цепь выходного электрода нагрузочный резистор R, с которого снимается выходной сигнал.

Аналогично для полевых транзисторов различаются схемы включения с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС), а для электронных ламп – схемы с общим катодом (ОК), общим анодом (ОА) и общей сеткой (ОС).   

Рис.2.1 Схемы включения транзисторов

Применение той или иной схемы включения диктуется конкретными условиями работы каскада. Наибольшее распространение получили схемы включения с общим эмиттером (истоком) и с общим коллектором (стоком). Схемы включения с общей базой, а также с общим затвором или с общей сеткой используются в основном при необходимости достижения малого уровня собственных шумов.

          2.2. Параметры транзисторов

Для непосредственного расчета статического и динамического режимов работы каскада усиления требуется использование собственных низкочастотных и высокочастотных параметров транзисторов. 

2.2.1. Параметры биполярных транзисторов

Для биполярных транзисторов собственными низкочастотными параметрами являются значения коэффициентов передачи тока базы a = DIк / DI_б  или эмиттера b = DI_к / DI_э, объемного сопротивления базы r’_б, дифференциального сопротивления эмиттерного перехода  r_э = j _т / I_э= 0.026 / I_э, К высокочастотным параметрам относятся граничная частота усиления для соответствующей схемы включения F_a (схема с общей базой), F_b (схема с общим эмиттером) или  предельная частота усиления F_т, емкости коллекторного С_к и эмиттерного переходов С_э. 

В практических расчетах в большинстве случаев используются параметры транзистора, представленные в одной из систем четырехполюсника.  При этом из шести возможных систем уравнений четырехполюсника применяют в основном две - системы H и Y  параметров. Эквивалентные схемы транзистора в названных системах  параметров приведены на рис.2.2.

Рис.2.2. Эквивалентные схемы транзистора в системе четырехполюсника

Уравнения для указанных систем четырехполюсника, по которым построены эквивалентные схемы, приведены ниже:

                                         U₁ = H₁₁I₁ + H₁₂U₂;

                                                    I₂ = H₂₁ I₁  + H₂₂ U₂                                                (2.1)  или

                                         I₁  = Y₁₁ U₁ + Y₁₂U₂;

                                                     I₂ = Y₂₁ U₁ + Y₂₂ U₂.                                              (2.2)

Входящие в уравнения 2.1 и 2.2 параметры “Н” и “Y”  имеют определенный физический смысл:

H₁₁ =  ∆U₁ /  ∆I₁ - входное сопротивление;        Y₁₁ = ∆I₁ / ∆U₁ - входная проводимость;

          H₁₂ = ∆U₁ / ∆U₂   и 

Y₁₂ = ∆I₁ /∆U₂  - коэффициенты внутренней обратной связи;

          H₂₁ = ∆I₂ / ∆I₁  - коэффициент прямой передачи входного тока;

          Y₂₁ = ∆I₂ / ∆U₁ = S - крутизна транзистора;

          H₂₂ = ∆I₂ / ∆U₂   и  

Y₂₂ = ∆_I2 / ∆U₂ - выходная проводимость.

Параметры транзистора, представленного в системах четырехполюсника и рассчитанные с помощью физических эквивалентных схем (рис.2.3),   

Рис.2.3. Физическая эквивалентная схема транзистора,      включенного по схеме с общим эмиттером

имеют связь с его физическими параметрами, справедливые для соответствующей схемы включения:

                                            H_11э = r_б + r_э ⋅ (B+1);

                                         H_11б = r_э + r_б ⋅ (1 - α);

                                         H_21э =  B;

                                         H_21б = a;                                                                (2.3)

                                H_22э = (B+1) / r_к;                                            H_22б = 1 / r_к.

Также  имеется связь и между  "H" и "Y" параметрами:

                      Y₁₁ = 1 / H₁₁;                               Y₁₂ = H₁₂ / H₁₁;

                                         Y₂₁ = H₂₁ / H₁₁;                                                                             (2.4)

                                         Y₂₂ = 1 / H₂₂.