3 - О-

- о-

эп

J3nI6

4 а)

К -О

Рис. 15-12. Эквивалентная схема биполярного транзистора при эмнттерном (а) и базовом (б) управлениях.

При управлении транзистором по базовому входу (схема ОЭ) целесообразно преобразовать эквивалентную схему транзистора так, чтобы она отражала управление базовым током, как показано на рис. 15-12, б. Здесь токи Р/е-Рг/е выражены через коэффициенты передачи тока базы соответственно в коллектор при прямом включении и в эмиттер при инверсном.

В преобразованной схеме тепловые токи переходов изменяются до значений

Приведенные выше эквивалентные схемы можно применять для расчета статических характеристик транзистора в любом режиме работы. В общем случае транзисторы могут работать в четырех качественно различных режимах работы, которые характеризуются определенными полярностями напряжений на переходах транзистора:

1) режиме отсечки токов (оба перехода смещены в обратном направлении)

t-эб < 0; t/кб < О для р-п-р структуры;

t/эб > 0; L 6 > О для п-р-п структуры;

2) нормальном активном режиме эмит-терный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном)

иб > 0; L 6 < О для р-п-р структуры;

t-эб < 0; ,кб > О для п-р-п структуры;

3) режиме насыщения (оба перехода смещены в прямом направлении)

> 0; Lk6 > О для р-п-р структуры;

Ua6 < 0; iK6 < О для п-р-п структуры;

4) инверсном активном режиме (эмит-терный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный - в прямом)

< 0; > О для р-п-р структуры;

Lgg > 0; t/кб < О для п-р-п структуры.

Нормальный активный режим работы соответствует усилительному режиму работы транзистора и характеризуется системой физических параметров транзистора.

Рис. 15-13. Зависимость токов транзистора от напряжения на эмиттерном переходе в режиме отсечки.

Режим отсечки характеризуется весьма малыми значениями токов переходов транзистора. На рис. 15-13 приведены графики зависимости токов транзистора от напряжения на эмиттерном переходе в режиме отсечки. Как видно из графиков, в режиме глубокой отсечки (/.8в>фт, /кбФт) токи транзистора практически могут быть выражены через тепловой ток коллекторного перехода:

На границе режима отсечки и нормального активного режима

Р/

Сравнивая приведенные выражения, можно сделать вывод, что ток эмиттера на границе отсечки существенно увеличивается и меняет знак, в то время как ток базы

остается практичест неизменным, что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 15-13.

В режиме насыщения оба р-п перехода транзистора смещены в прямом направлении и напряжения на них не превыщают 0,35-0,75 В. В этом режиме токи транзистора /э, /к, /б можно считать заданными компонентами внешних цепей. Наряду с потенциальным критерием насыщения в инженерной практике часто применяют токовый критерий насыщения, который можно получить из анализа нормального активного режима на границе с насыщением. Очевидно,

Рис. 15-14. Зависимость напряжения fjjg от управляющего тока.

на границе насыщения (при £/ 6=0) имеем /к=а/э, отсюда для режима насыщения (tk6>0) получим токовый критерий в виде

где /э,н - эмиттерный ток на границе насыщения.

При управлении по базовому входу соответственно

/б>/к/Р = /б.гр.

где /б.гр - граничное значение базового тока.

Для характеристик глубины насыщения вводится дополнительный параметр- степень насыщения

/вх - /в

вх.гр

вх.гр

где 1ех,гр - граничное значение тока насыщения для конкретной схемы управления (ОБ или ОЭ).

Помимо междуэлектродных напряжений t/so.H и £/кб,н насыщенного транзистора важной величиной в режиме насыщения является остаточное напряжение между коллектором и эмиттером Скэ.н. Это напряжение существенно зависит от управляющего тока. В качестве примера на рис. 15-14 приведен график зависимости остаточного напряжения идеализированного транзистора (Гэн=Гкп=Лб=0) при включении его по схеме ОЭ.

Эквивалентные схемы, приведенные на рис. 15-12, в принципе можно применять не только для расчета статических режимов работы транзистора, но и для анализа переходных процессов. При этом необходимо учитывать комплексный характер парамет-31-288

ров транзистора р.пг и Pi, влияние емкостей р-п переходов, а также паразитных междуэлектродных емкостей. Инерционность транзистора прежде всего определяется процессами переноса неосновных носителей через область базы.

Малосигнальные схемы замещения транзистора (для комплексных значений), полученные на базе эквивалентных схем для большого сигнала, приведены на рис.

Рис. 15-15. Малосигнальные схемы замещения биполярного транзистора, включенного по схемам ОБ {а) и ОЭ 0).

15-15, а, б. Здесь эмиттерный переход представлен дифференциальным сопротивлением Гэ. В коллекторную цепь введено дифференциальное сопротивление Лк, отражающее влияние модуляции толщины базы на коэффициент передачи тока. Коэффициенты передачи тока а и р в эквивалентных схемах рис. 15-15 также представляют собой дифференциальные величины. Модуляция толщины базы при изменении коллекторного напряжения, имеющая место в транзисторе, приводит не только к изменению коэффициентов передачи тока, но также и к изменению напряжения на эмиттерном переходе. Другими словами, в транзисторе имеет место внутренняя обратная связь по напряжению, которая в эквивалентной схеме замещения учитывается при помощи генератора напряжения Цэк/кб, включенного в эмиттерную цепь. В некоторых случаях внутренняя обратная связь учитывается путем включения фиктивного диффузионного сопротивления в базовую цепь последовательно с объемным сопротивлением базы Гб [15-5]. Реактивные элементы Сэ и Ск учитывают влияние токов заряда или разряда переходов в области высших частот. При анализе большинства практических схем влиянием емкости эмиттера можно пренебречь, тем самым упростив эквивалентную схему замещения.

Рассмотренные выше эквивалентные малосигиальные схемы замещения известны под названием Т-образных схем. Транзистор можно представить и П-образными эквивалентными схемами замещения. Такие схемы иногда применяются для расчета ряда радиотехнических устройств [15-5].

При усилении переменных сигналов малой амплитуды транзистор можно рас-

Рис. 15-16. Эквивалентная схема биполярного транзистора в системе ft-параметров.

сматривать как активный линейный четырехполюсник. Такой четырехполюсник удобно описывать системой /г-параметров и представить б виде эквивалентной схемы, изображенной на рис. 15-16.

Здесь Aii= -

%2 = -

- входное conpo-£/2=0

тивление при коротком замыкании на выходе;

/а=0

ii==0

Схема с общей базой

б+1к [б+1вк

a6 = /(i+)

?к + б

Чиэ-

-218

21-3 Р

в табл. 15-2 приведены формулы, позволяющие вычислить перечисленные параметры через физические параметры транзистора. В таблице для сокращения введены следующие обозначения

?кР =

l-fp

Эквивалентные схемы полевых транзисторов

В практическом диапазоне частот полевой транзистор можно заменить эквивалентной схемой замещения с сосредоточенными параметрами, как показано на рис. 15-17,

оЗатВор

- выходная проводимость при холостом ходе на входе;

- коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе;

- коэффициент усиления тока при коротком замыкании на выходе.

Таблица 15-2

Сток

Схема с общим эмиттером

По8/1атна

Рис 15-17. Эквивалентная схема полевого транзистора.

Приведенная эквивалентная схема справедлива как для транзисторов с управляющим р-п переходом, так и для МДП-транзисто-ров. Поэтому в эквивалентной схеме замещения генераторы тока Stsh и SnUmi, отражающие эффект модуляции проводимости канала, зависят от напряжений на затворе и подложке (относительно стока). Основные параметры транзистора - крутизна вольт-амперной характеристики по затвору St, крутизна по подложке Sn и внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора Ti - зависят от режима работы транзистора и могут быть определены с помощью статических вольт-амперных характеристик в заданной рабочей точке. В эквивалентной схеме замещения рис. 15-17 параметры г и Гс учитывают объемные сопротивления полупроводника в области истока и стока; Лп - объемное сопротивление подложки и Гз - сопротивление контакта затвора. В практических расчетах влиянием этих сопротивлений обычно пренебрегают.

Для полевого транзистора с управляющим р-п переходом емкости затвор - сток