Твердотельная электроника (лекция 4)

1.

Нижегородский государственный технический университет
Образовательно-научный
Кафедра «Теоретическая
институт иэлектроэнергетики
общая
Кафедра электротехника»
«Теоретическая и общая электротехника»
Твердотельная электроника
Лекция 4
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
слайд 1

2.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4. Эквивалентная схема биполярного транзистора. h и Y-параметры.
4.1 Эквивалентная схема БТ с ОБ
Эквивалентная схема транзистора может быть построена на основании того, что сопротивление
открытого эмиттерного перехода составляет десятки Ом.
Рис.1 Включение транзистора по схеме с ОБ и его эквивалентная схема
Rвх
U вх U rэ U rб I э rэ I б rб
I I
rэ э к rб rэ (1 ) rб
I вх
Iэ
Iэ
Iэ
Rвх = rэ = n ∙ 10 Ом
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 2

3.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4.2 Эквивалентная схема БТ с ОЭ
Рис.2 Включение транзистора по схеме с ОЭ и его эквивалентная схема
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 3

4.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4.3 Эквивалентная схема БТ с ОК
Рис.3 Включение транзистора по схеме с ОК и его эквивалентная схема
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 4

5.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4.4. Транзистор как активный четырёхполюсник
Любой транзистор независимо от схемы включения обладает рядом параметров, которые возможно
разбить на две группы:
• Предельные параметры – все максимальные значения
• Параметры транзистора в режиме малого сигнала.
Данные параметры объединяются в несколько систем параметров, которые можно определить,
представив транзистор в виде активного четырёхполюсника.
Четырёхполюсником называется любое электрическое устройство, имеющее 2 входных и 2
выходных зажима.
Активным четырёхполюсником называется четырёхполюсник, способный усиливать мощность.
.
.
Рис.4 Транзистор в виде
активного четырёхполюсника
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 5

6.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4.5 h-параметры и Y-параметры транзистора
4.5.1 h-параметры и их физический смысл
В системе h-параметров в виде независимых переменных приняты входной ток и выходное
напряжение. В этом случае зависимые переменные U1 и I2 . Полный дифференциал функций U1 и I2
равен:
U 1
U 1
dU 1
dI 1
dU 2
I1
U 2
I 2
I 2
dI 2
dI1
dU 2
I1
U 2
U 1
h11
I1
I 2
h21
I1
I 2
h 22
U 2
U 1
h12
U 2
dU 1 h11 dI1 h12 dU 2
Перейдём от бесконечно малых приращений dU1, dI1, dU2, dI2 к конечным
приращениям. Получим:
dI 2 h dI1 h dU 2
21
22
U 1 h11 I1 h12 U 2
I 2 h21 I1 h22 U 2
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 6

7.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
В режиме малого сигнала приращение постоянных составляющих ΔU1, ΔI1, ΔU2 и ΔI2 можно заменить
амплитудными значениями переменных составляющих этих же токов и напряжений. Получим:
Um1 h11 Im1 h12 Um2
(*) В первом уравнении системы (*) приравняем Um2 к 0. Получим:
Im 2 h21 Im1 h22 Um2
Um1
Im1
h11 – это входное сопротивление транзистора при Um2 = 0, то есть при коротком замыкании в
выходной цепи по переменному току (конденсатором). В первом уравнении системы (*)
приравняем Im1 к 0. Получим:
Um1 h11 Im1 h11
I m1 0
h12 – представляет собой коэффициент обратной связи на
холостом ходу во входной цепи по переменному току. Коэффициент
U m1
обратной связи показывает степень влияния выходного напряжения на
U m1 h12 U m 2 h12
U m2
входное (катушкой индуктивности).
Во втором уравнении системы (*) приравняем Um2 к 0. Получим:
Um 2 0
Im 2 h21 Im1
Im 2
h21 – коэффициент усиления по току транзистора или коэффициент передачи
тока при коротком замыкании выходной цепи по переменному току.
Im1
Приравняем во втором уравнении системы (*) Im1 к 0. Получим:
h21
I m 2 h22 U m 2
h22
Im2
U m2
h22 – выходная проводимость на холостом ходу во входной цепи.
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 7

8.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4.5.2 Определение h-параметров по статическим
характеристикам
Так как статические характеристики транзисторов измеряются только на постоянном токе, то при
определении амплитудных параметров токов и напряжений представим в виде приращения постоянных
составляющих.
U 1
, U 2 const
I 1
U 1
h12
, I 1 const
U 2
I 2
h21
, U 2 const
I 1
h11
h22
I 2
, I1 const
U 2
Величины h11 и h12 определяются по входным
характеристикам транзистора.
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 8

9.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
U б
,U кэ const
I б
U U бэ1
h11э бэ 2
I б 2 I б1
U бэ
h12 э
, I б const
U кэ
h11э
h12 э
U бэ 2 U бэ1
U кэ 2 U кэ1
Параметры h21 и h22 определяются
по выходным характеристикам:
Рис.5 Входные и выходные характеристики БТ по схеме с ОЭ
h21э
I к 2 I к1
Iб3 Iб 2
h21э
I к 2 I к1
I б
h22 э
I к
, I б const
U кэ
h22 э
I к 2 I к1
U кэ 2 U кэ1
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 9

10.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
4.5.3 Y-параметры транзисторов
Все параметры делятся на собственные (или первичные) и вторичные. Собственные характеризуют
свойства самого транзистора, независимо от схемы его включения, а вторичные параметры для различных
схем включения различны. Основные первичные параметры: коэффициент усиления по току α,
сопротивления rб, rэ, rк. Y-параметры относятся ко вторичным параметрам. Они имеют смысл
проводимостей.
Все системы вторичных параметров основаны на том, что транзистор рассматривается как
четырёхполюсник (2 входа и 2 выхода). Вторичные параметры связывают входные и выходные
переменные токи и напряжения и справедливы только для малых амплитуд. Поэтому их ещё называют
низкочастотными малосигнальными параметрами.
Входная проводимость: y11
I1
,U 2 const
U 1
.
Проводимость обратнойy I1 , U 1 const
12
связи:
U 2
Проводимость
I 2
y
,U 2 const
21
управления
U 1
(крутизна):
I 2
, U 1 const
Выходная проводимость:y22
Параметр y12 показывает, какое изменение
тока I1 получается за счёт обратной связи при
изменении выходного напряжения U2 на 1В.
Величина y21 характеризует управляющее действие
входного напряжения U1 на выходной ток I2 и
показывает изменение I2 при изменении U1 на 1В.
U 2
y
U 2
Статический коэффициент
, I 2 const , 21
U 1
y22
усиления по напряжению:
«Твердотельная электроника».
лекция4
Курс лекций.
слайд 10

11.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая
электротехника»
That’s all
folks...
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.