8.1.1. Эквивалентные схемы транзисторов

Транзистор любого типа является сложным устройством, параметры которого сильно зависят от различных факторов: частоты, температуры, электрического режима и т. д. Поэтому ясно, что создать эквивалентную схему, точно описывающую транзистор в широкой области частот, режимов и температур, практически невозможно.

Все многообразие существующих приближенных эквивалентных схем транзистора, работающего в линейном режиме, можно подразделить на два типа. Первый - это схемы замещения эквивалентного транзистору четырехполюсника [17]. В этом случае транзистор рассматривается как не взаимный четырехполюсник, полностью характеризуемый четырьмя комплексными частотно-зависимыми параметрами в каждой из шести возможных систем уравнений. Наиболее часто при расчете схем и испытаниях транзисторов используются системы y и h - параметров (3.1). Получив расчетным или экспериментальным путем зависимости h - параметров этих схем, можно формально заменить проводимости комбинациями сосредоточенных элементов L, С, R. Таким образом, можно получить эквивалентные схемы транзистора. Подобные эквивалентные схемы включают до восьми частотно-зависимых элементов и не раскрывают внутреннюю структуру транзистора. Поэтому широкого распространения они не получили. Второй тип - это физические, моделирующие схемы, раскрывающие внутреннюю структуру транзистора [17, 49-53]. Схемы этого типа являются более общими по сравнению с первыми и могут использоваться в диапазоне частот и режимов.

Выбор той или иной физической эквивалентной схемы является сложной задачей, так как от этого зависит точность и простота расчетов. Дополнительно следует иметь в виду, что не все эквивалентные схемы этого типа достаточно теоретически обоснованы в применении к дрейфовому высокочастотному транзистору. В настоящей время наиболее полно обоснована [50—53] и удобна для расчетов в широком диапазоне частот (до 0,5f_т) эквивалентная схема, приведенная на рис. 8.1. Схема содержит два частотно-зависимых элемента: сопротивление эмиттера Z_э = r_э/(1 + jy) и зависимый генератор тока α_тI_э = α₀I_э/(1 + jy), где y = ω/ω_т — относительная текущая частота, ω_т = 2πf_т, f_т — частота на которой модуль коэффициента передачи по току транзистора при замыкании на выходе становится равным единице; r_э - активная составляющая дифференциального сопротивления эмиттерного перехода; α₀ - низкочастотное значение коэффициента передачи потоку транзистора в схеме с общей базой, при коротком замыкании на выходе. Параметры остальных элементов схемы от частоты не зависят. Емкости С_k1 и С_k2 отражают разделение полной емкости коллекторного перехода C_k = C_k1 +C_k2 на емкость активной C_k1 и емкость пассивной С_k2 областей коллектора транзистора. Разделить полную емкость коллектора С_к на составляющие С_k1 и С_k2 нетрудно, т. к. для каждого типа транзисторов ε_k = C_k/C_k1 ≈ S_k/S_э где S_k и S_э - площади коллекторного и эмиттерного переходов, есть величина постоянная. В схему рис. 8.1 включены индуктивности выводов транзистора L_э, L_б, L_k и емкости их на корпус транзистора С_эк, С_бк, С_кк. Эти величины включают в себя как внутреннюю индуктивность, так и внешнюю, соответствующую длине выводов, равной 2 мм от основания корпуса.

Рис. 8.1. Эквивалентная схема транзистора с ОБ на высоких частотах

Эквивалентную схему рис. 8.1 для случая включения транзистора по схеме ОЭ можно привести к виду, представленному на рис. 8.2 [50]. Здесь g_э = (1 - α₀)/r_э, С_э = 1/ω_Tr_э1 где r_э (Ом) ≈ 25^*/I_э0 (мА), a r_э1 = r_э + Δr, Δr - сопротивление вывода эмиттера. Для упрощения можно считать Δr = 0 и тогда r_э1 = r_э. В схемах на рис. 8.1, 8.2 r_б - омическое сопротивление базы.

^* ( При температуре +20 °С, I_{э 0} — постоянный ток эмиттера в рабочей точке.)

Достоинством схем рис. 8.1 и 8.2 является то, что их элементы легко определяются через небольшое число параметров транзистора, измеряемых с достаточной точностью на внешних зажимах. Для того, чтобы воспользоваться эквивалентными схемами рисунков нужно знать следующие параметры транзистора: постоянную времени коллекторной цепи τ_к = r_бС_к1 тип транзистора, емкость коллектора С_k1, предельную частоту f_T, индуктивности выводов и их емкости на корпус. Численные значения τ_к, β₀, С_к, f_т для каждого типа транзистора можно найти в его паспорте или получить путем непосредственных измерений по методике, изложенной в [50]. В табл. 8.1 приведены величины индуктивностей и емкостей эквивалентной схемы транзисторов ГТ-3'13, ГТ-311, ГТ-330, взятые из [50, 51, 53].

Рис. 8.2. Эквивалентная схема транзистора с ОЭ на высоких частотах

Таблица 8.1