Что такое h параметры транзистора

Что такое h параметры транзистора

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I₁ и I₂ и два значения напряжения U₁ и U₂ (рис. 5.23).

Рис. 5.23. Схема четырехполюсника

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, 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. 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.

— сопротивления обратной и прямой передач.

Измерения z-параметров осуществляются 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 в несколько кОм уже позволяет считать I₁ = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I₂ = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающее сопротивление в цепи коллектора в силу этого 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. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

— входная и выходная проводимости.

— проводимости обратной и прямой передач.

Измерение y-параметров происходит 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 составлять 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 могут 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 задаются 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:

Значения 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 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.

Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника:
а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

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 5.24а, а также выражениями для вольт-амперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать h-параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.

Таблица 2. Связи между h параметрами

Источник

H-параметры биполярного транзистора

Для анализа и расчета цепей с биполярными транзисторами используют, так называемые, h-параметры транзистора. В усилительных устройствах входным и выходным сигналами являются приращения входных и выходных напряжений и токов.

h11= при Uвых=const – это входное сопротивление биполярного транзистора [ Ом ];

h12= при Iвх=const – это безразмерный коэффициент обратной связи по напряжению;

h21= при Uвых=const – это безразмерный коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току);

h22= при Iвх=const – это выходная проводимость транзистора.

Две цифры, стоящие рядом с буквой h, помогают проверить правильность записи h-параметра:

— первая цифра указывает на то, какая величина тока или напряжения записывается в числитель формулы h-параметра (1-входная, 2-выходная);

— вторая цифра указывает на то, что записывается в знаменатель:

1-входная величина, 2-выходная величина, например,

в знаменателе – входная величина – приращение входного тока (1)

Буква э указывает на то, что h-параметры записаны для схемы с общим эмиттером.

h11Э= при Uкэ=const

h12Э= при Iб=const

h21Э= при Uкэ=const

h22Э= при Iб=const

Для определения h-параметров используют выходные и входную характеристики биполярного транзистора. Приведем пример расчета h-параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ) с заданными входными и выходными характеристиками.

Сначала определяем наибольший линейный участок входной вольтамперной характеристики по касательной, проведенной к входной характеристике. В точке 1 касательная расходится с входной характеристикой. Базовый ток в этой точке приблизительно равен 200 мкА. Характеристический треугольник для определения h-параметров можно построить выше этой точки. Все треугольники, построенные выше этой точки на касательной, как на гипотенузе прямоугольного треугольника подобны, поэтому отношения сторон в подобных треугольниках будут одинаковы.

На выходных характеристиках характеристический треугольник можно построить на линейном участке той выходной характеристики, которая снята при базовом токе выше 200 мкА. Треугольник можно построить между двух смежных выходных характеристик.

Например, возьмем выходную характеристику, снятую при Iб=500 мкА. Проведем касательную к этой характеристике и определим линейный участок этой выходной характеристики. Все прямоугольные треугольники, построенные на линейном участке касательной, как на гипотенузе будут подобны, и отношения сторон этих подобных треугольников будут неизменны (одинаковы). Так как характеристический треугольник на выходных характеристиках построен Iб2=500мкА и Iб1=425мкА, то для построения треугольника на входной характеристике возьмем те же базовые токи. Из точек Iб1 и Iб2 проведем прямые линии, пересекающие входную характеристику, и определим гипотенузу прямоугольного треугольника. Достраиваем треугольник. Из полученных характеристических треугольников определяем :

UКЭ= UКЭ2 – UКЭ1 [ В ]

IK= IK2 – IK1 [ А ]

IБ= IБ2 – IБ1 [ А ]

UБЭ= UБЭ2 – UБЭ1 [ В ]

и подставляем в формулы h-параметров. Следует помнить, что

Для проверки правильности расчета определим :

1/ h22Э=Rвых, если Rвых > Rвх, то есть (1/ h22Э) > h11, то расчет выполнен верно.

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 282 ; Нарушение авторских прав

Источник

Что такое h параметры транзистора

При определении переменных составляющих токов и напряжений (т. е. при анализе на переменном токе) и при условии, что транзистор работает в активном режиме, его часто представляют в виде линейного четырехполюсника (рис. 3.8). В четырехполюснике условно изображен транзистор с общим эмиттером.

Рис. 3.8. Транзистор в виде четырехполюсника

Для разных схем включения транзистора токи и напряжения этого четырехполюсника обозначают различные токи и напряжения транзистора. Например, для схемы с общим эмиттером эти токи и напряжения следующие:

i ₁ – переменная составляющая тока базы;

u ₁ – переменная составляющая напряжения между базой и эмиттером;

i ₂ – переменная составляющая тока коллектора;

u ₂ – переменная составляющая напряжения между коллектором и эмиттером.

Входное сопротивление транзистора для переменного сигнала (при закороченном выходе: u ₂ =0) :

Режим работы при i ₁ =0 называют холостым ходом на входе.

Источник

Система h-параметров биполярных транзисторов

Связь между малыми приращениями токов и напряжений, действующих в транзисторе, устанавливается так называемыми характеристическими параметрами. Эти параметры определяются схемой включения транзистора. Существует несколько систем характеристических параметров. Наибольшее распространение получила система h-параметров, называемая смешанной или гибридной, так как среди параметров этой системы имеется одно сопротивление, одна проводимость и две безразмерные величины.

h-параметры связывают входные и выходные токи и напряжения. Зависимости между входным напряжением U₁=U_БЭ, входным током I₁=I_Б, выходным напряжением U₂=U_КЭ и выходным током I₂=I_К могут быть выражены системой двух уравнений:

h_11Э – входное сопротивление транзистора при коротком замыкании (по переменному току) на выходе транзистора;

h_12Э – коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе (разомкнутом входе по переменному току);

h_21Э – коэффициент усиления по току при коротком замыкании (по переменному току) на выходе транзистора;

h_22Э – выходная проводимость транзистора при разомкнутом (по переменному току) входе.

Индекс «Э» обозначает, что данная система параметров относится к схеме с общим эмиттером. Для любой схемы включения транзисторов h-параметры могут быть определены по статическим характеристикам транзистора: параметры h₁₁ и h₁₂ – по входным (рис. 4.3.1, а, б), параметры h₂₁ и h₂₂ – по выходным (рис. 4.3.1 в, г).

Рисунок 4.3.1. Определение h-параметров биполярного транзистора

по семействам входных и выходных характеристик.

Схемы включения биполярных транзисторов.

Как отмечалось выше, обобщенная схема включения транзистора для усиления электрических колебаний представляет собой четырехполюсник; из трех его электродов один – входной, другой – выходной, а третий – общий для цепей входа и выхода, и в зависимости от того, какой электрод является общим, возможны три схемы включения транзистора – с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис.4.4.1, а, б и в, соответственно).

На всех схемах кроме источников питания Е_Э, Е_Б и Е_К присутствует источник сигнала

U_BX (источник переменного тока), включенный последовательно с источником Е_Э или Е_Б, причем Е_К>>Е_Э или Е_Б, а амплитуда

U_BX I_ВЫХ (с учетом малого значения I_Б можно считать I_ВХ≈I_ВЫХ). Таким образом, в схеме ОБ усиления тока не происходит.

При малых напряжениях во входной цепи возникают токи значительной величины. Это возможно, если входное сопротивление схемы ОБ низкое.

Выходной ток, практически равный входному, протекает через большое сопротивление нагрузки R_H, при этом в выходной цепи должны действовать напряжения, значительно превышающие входные. Таким образом, в схеме ОБ происходит значительное усиление напряжения при высоком выходном сопротивлении схемы ОБ.

Схема с общим эмиттером.

В схеме рис. 4.4.1, б к базе транзистора относительно общего эмиттера приложены напряжения

U_BX и Е_Б. При положительном полупериоде

U_BX напряжение U_БЭ=Е_Б+U_BX, т. е. напряжение U_БЭ увеличивается. Это вызовет увеличение I_Б, а следовательно, I_Э и I_К, что приведет к увеличению падения напряжения на R_H, при этом выходное напряжение (напряжение на коллекторе) уменьшится. Рассуждая аналогично, можно показать, что при отрицательном полупериоде

U_BX выходное напряжение будет увеличиваться. Таким образом, в схеме ОЭ входной и выходной сигналы парафазны (сдвиг фаз между входным и выходным сигналами равен 180 О ).

Входным током является ток базы, выходным – ток коллектора. Так как I_Б

Источник

4.1.4. H-параметры транзистора

Биполярный транзистор является нелинейным элементом, так как характеризуется нелинейными зависимостями U = f(I) входных и выходных ВАХ. Но при работе транзистора в режиме малого сигнала, т.е. при относительно небольших амплитудах переменных составляющих входных и выходных величин, он может быть представлен в виде активного линейного четырехполюсника (рис. 4.7), предполагающего линейные зависимости между токами и напряжениями. Возможно шесть вариантов выбора независимых и зависимых переменных для описания связи токов и напряжений в данном четырехполюснике.

В силу специфики входных и выходных ВАХ транзистора для его описания обычно выбирают в качестве независимых переменных входной ток (i₁) и выходное напряжение (u₂), а зависимыми являются: входное напряжение (u₁) и выходной ток (i₂). При таком выборе четырехполюсник описывается системой уравнений на основе h-параметров:

Указанный выбор зависимых и независимых переменных приводит к преобразованию данной системы к виду:

Тогда физический смысл h-параметров определяется как:

входное сопротивление при коротком замыкании на выходе по переменному сигналу;

коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода на входе по переменному сигналу;

коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе по переменному сигналу;

выходная проводимость при холостом ходе на выходе по переменному сигналу.

H-параметры измеряются в различных единицах: h₁₁ измеряется в омах, h₂₂ – в сименсах, h₂₁ и h₁₂ – безразмерны. Так как физические единицы параметров неодинаковые, то такую систему называют гибридной. В схеме замещения транзистора на основе h-параметров (рис. 4.8) генератор ЭДС h₁₂u₂ учитывает наличие напряжения обратной связи во входной цепи, когда на выходе действует напряжение u₂, а входная цепь разомкнута. Сам генератор считается идеальным, т.е. не имеющим внутреннего сопротивления. Идеальный генератор тока h₂₁i₁ учитывает взаимосвязь выходного и входного токов.

Для каждой схемы включения транзистора существует свой набор h—параметров, идентифицируемый соответствующим индексом, но между этими наборами существует однозначная связь, представленная в табл. 4.1.

Связь между h-параметрами для различных схем включения транзисторов

Источник