И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Во многих случаях неудобно пользоваться физической эквивалентной схемой, поскольку она излишне сложна и содержит составляющие элементы, которые не всегда можно определить либо найти в справочнике для определенных условий работы транзистора. В этом случае часто пользуются представлением транзистора в виде «черного ящика» с двумя входными и двумя выходными зажимами (рис. 4.6), совершенно не вникая во внутреннюю структуру этого «ящика» и интересуясь лишь параметрами «ящика» в целом со стороны входных и выходных зажимов. Такой «черный ящик» называется активным четырехполюсником .

Рис. 4.6. Представление транзистора в виде четырехполюсника

При использовании эквивалентной схемы в виде четырехполюсника обычно транзистор рассматривается как линейный элемент. В принципе это допущение справедливо только при работе с малыми сигналами. Отсюда параметры транзистора называются малосигнальными . Транзистор как четырехполюсник можно описать с помощью только четырех параметров, значение которых зависит от рабочей точки и частоты. В общем значения этих параметров можно найти в справочниках либо измерить более простым способом, чем в случае измерения сопротивлений, входящих в состав физической модели транзистора.

Существует несколько типов четырехполюсников, отличающихся рассмотрением при различных условиях на входе и выходе, а именно в режимах короткого замыкания или холостого хода и принятии различных независимых переменных. Наибольшее практическое применение нашли четырехполюсники типа hи четырехполюсники типа у.

Это четырехполюсник, параметры которого определяются при условиях короткого замыкания на входе и холостого хода на выходе.

Эти условия наиболее приближенны к реальным условиям работы транзистора в наиболее часто встречаемых схемах с биполярными транзисторами. Ведь биполярный транзистор в типовой схеме имеет относительно малое входное сопротивление и относительно большое выходное.

Основные зависимости четырехполюсника типа hможно получить путем замены его равноценной схемой замещения. В общем случае эквивалентная схема может иметь вид, изображенный на рис. 4.7, а ; это схема с двумя источниками напряжения, причем очевидно, что e 2определяющее выходное напряжение, зависит от u 1. Затем можно выполнить преобразования, вводя вместо источника напряжение е 2источник тока i' 2(рис. 4.7, б ). При коротком замыкании выходной цепи ( u 2= 0) будет протекать ток, линейно зависящий (линейный четырехполюсник!) от тока i 1 ; если обозначим коэффициент пропорциональности через h 21, то получим i' 2= h 21i 1. При размыкании входной цепи ( i 1= 0) имеем во входной цепи напряжение e 1, линейно зависящее от напряжения u 2. Обозначая коэффициент пропорциональности через h 12, получаем к 1= h 12u 2. После введения дополнительных обозначений получим окончательную эквивалентную схему, представленную на рис. 4.7, в . На основании этого можем записать два уравнения четырехполюсника:

u 1= h 11i 1+ h 12u 2;

i 2= h 21i 1+ h 22u 2

в которых в качестве независимых переменных действуют входной ток i 1и выходное напряжение u 2, т. е. смешанные, гибридные параметры или сокращенно h-параметры. Параметры четырехполюсника типа hдостаточно легко определяются простыми методами измерений.

Выбор переменных i 1и u 2в качестве независимых переменных можно обосновать на примере усилителя рис. 4.3, а . Ток i 1соответствует току базы, и он действительно является независимой переменной, управляющей диодом эмиттер — база в проводящем направлении. Напряжение u 1= u бявляется зависимой переменной в основном от t б. Ток i 2(= i к) является регулируемым током, т. е. зависимым. Другой независимой переменной может быть только u 2(= u к); диод коллектор — база, смещенный в обратном направлении, должен управляться напряжением.

Рис. 4.7. Эквивалентная схема транзистора четырехполюсника:

а— с двумя источниками напряжения; б— с источником напряжения во входной цепи и источником тока ввыходной цепи; в — с h-параметрами

Как уже пояснялось выше, параметры типа h определяются для режима короткого замыкания (к. з.) на входе либо холостого хода (х. х.) на выходе. Смысл этих параметров и функций:

— входное сопротивление при к.з. на выходе,

т. е. входное сопротивление, измеренное при к.з. на выходе ( u 2 = 0); h 11отражает входное сопротивление и выражается в омах. Значение h 11для низкочастотного транзистора может составить, например, 5 кОм.

— коэффициент обратной связи по напряжению при х.х.,

т. е. коэффициент, измеренный при х. х. на входе ( i 1= 0); h 12выражается безразмерным числом. Значение h 12для низкочастотного транзистора в схеме ОЭ может составлять, к примеру, 2·10 -4.

— коэффициент передачи тока при к.з., измеряемый при к. з. на выходе ( u 2= 0); h 21представляется безразмерным числом. Значение h 21 для низкочастотного транзистора в схеме ОЭ может составлять, например, 300.

— входная проводимость при х.х., измеренная при х. х. на входе ( i 1= 0); h 22имеет размерность проводимости и выражается в сименсах. Значение h 22для транзистора в схеме ОЭ может составлять, например, 30 Cм.

Используются также и другие обозначения параметров типа hи у: вместо индекса 11 — применяется индекс i(от английского Input — вход), вместо 22 — индекс о( output — выход), вместо 12 — индекс г( reverse — обратный), вместо 21 — индекс f( forward — прямой).