Глава 1.17

Параметры транзистора как четырехполюсника. h-параметры

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерно два значения тока I₁ и I₂, и два значения напряжения U₁ и U₂ (рис. 1.17.1).

Рис. 1.17.1. Схема четырехполюсника.

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие - в качестве выходных параметров, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Это системы z - параметров, y - параметров и h - параметров. Рассмотрим их более подробно, используя линейное приближение.

Система z - параметров.

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I₁ и I₂, а напряжения U₁ и U₂ будем определять как функции этих токов I₁ и I₂. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид

.

Коэффициенты z_ik в этих уравнениях определяются следующим образом:

 - определяются как входное и выходное сопротивления.

 - сопротивление обратной и прямой передачи.

Измерение z-параметров происходят в режиме холостого хода на входе (I₁ = 0) и выходе (I₂ = 0). Реализовать режим разомкнутого входа I₁ = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера несколько килоОм уже позволяет считать I₁ = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I₂ = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам Мом и размыкающие сопротивления в цепи коллектора, поэтому должно быть порядка ГОм).

Система y - параметров.

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U₁ и U₂ , а токи I₁ и I₂, будем определять как функции этих напряжений U₁ и U₂. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид

.

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

 - входная и выходная проводимость.

 - проводимость обратной и прямой передачи.

Измерение y - параметров происходят в режиме короткого замыкания на входе (U₁ = 0) и выходе (U₂ = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе U₁ = 0 для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно быть доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходе U₂ = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам Мом и замыкающие сопротивления в цепи коллектора может быть даже сотни Ом).

Система h - параметров.

Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U₂ = 0) и режим холостого хода на входе (I₁ = 0). Поэтому, для системы h-параметров в качестве входных параметров задается ток I₁ и напряжение U₂, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I₂ и напряжение U₁ при этом система, описывающая связь входных I₁, U₂ и выходных I₂, U₁ параметров выглядит следующим образом

.

Значение коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

 - входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;
 - выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;
 - коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;
 - коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 1.17.2. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.

Рис. 1.17.2 (а и б). Эквивалентная схема четырехполюсника.

Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 1.17.2а, а также выражениями для вольтамперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 1.17.2б) выражения описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами будет иметь следующий вид

h-параметры для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) связаны друг с другом.

Рис. 1.17.3. Зависимость коэффициента h_21э для различных транзисторов марки КТ215Д от эмиттерного тока I_э.