Как рассчитать h параметры транзистора по графику

Определение hэ-параметров и физических параметров транзистора

Различные системы дифференциальных параметров биполярных транзисторов и методики их определения по статическим ВАХ достаточно полно изложены в литературе[4-8]. Однако их применение возможно лишь при наличии семейства входных ВАХ, в то время как в справочниках приводится лишь одна кривая семейства IБ=f(UБЭ) при UКЭ=5В (реже 10В). Приводимая кривая для Uкэ=0 не может быть использована, поскольку соответствует режиму насыщения транзистора. Предлагается следующая методика: c помощью справочных ВАХ определяются параметры h11э, h21э и h22э, а параметр h12эрассчитывается через физические параметры.

Из рисунка 1.3 по справочным ВАХ определяем h-параметры:

После определения h — параметров рассчитаем физические параметры и приведем Т-образные схемы замещения транзистора в схемах ОЭ и ОБ (рис.1.5, 1.6) с указанием на них численных значений параметров:

Вычисление h-параметров транзистора

Расчет каскада по переменному току удобно производить, используя схему замещения транзистора в h-параметрах (рис.2.). Тогда эквивалентная схема замещения каскада с общим эмиттером будет иметь вид (рис.3). На этой схеме не показаны конденсаторы С₁, С₂, С_Э. Они выбраны такими, что в области средних частот обладают малыми сопротивлениями.

Если расчет каскада по переменному току производить в области средних частот, то зависимость параметров от частоты не учитывается, а сопротивление этих конденсаторов в схеме практически равно нулю, и на схеме (рис.3) они не показаны. В области высоких частот сопротивления конденсаторов тем более можно считать равным нулю. Сопротивление источника питания по переменному току равно нулю, поэтому верхний вывод резистора R₁ связан на схеме замещения через сопротивление фильтра R_Ф (на схеме также не показано) с выводом эмиттера.

При расчетах входной сигнал принимается синусоидальным. Токи и напряжения в схеме характеризуются их действующими значениями, связанными с амплитудными значениями коэффициентом 1/Ö2.

Основными рассчитываемыми параметрами усилительного каскада с общим эмиттером являются:

R_ВХ – входное сопротивление каскада;

K_I – коэффициент усиления по току;

К_U – коэффициент усиления по напяржению;

К_Р – коэффициент усиления по мощности;

R_ВЫХ – выходное сопротивление каскада.

Если расчет каскада по переменному току производить в области низких частот, то величины сопротивлений емкостей приходится учитывать.

Ниже приводится методика расчета конденсаторов на низких частотах и параметров каскада на средних частотах частотного диапазона транзистора.

В справочниках на конкретный тип транзистора чаще не приводятся все h-параметры за исключением коэффициента передачи тока h_21Э. Однако приводятся входные и выходные характеристики транзистора. По ним могут быть вычислены все h-параметры транзистора так, как это показано в ниже следующем примере.

Если же в справочниках какая либо характеристика не приводится, то величины h-параметров можно приближенно выбрать из диапазона значений параметров отечественных биполярных транзисторов, приводимых в табл.6

Параметры	Тип транзистора
Мало-мощный	Средней мощности	Большой мощности	Транзис- торные сборки
UКЭMAX, B	5-25	25-100	50-1000	100-1000
PK MAX, Bт	0,01-0,3	0,3-3,0	3,0-100	100-10000
IK MAX, A	0,01-0,1	0,05-0,5	0,5-10	10-500
FГР, МГц	1,0-8000	1,0-1000	0,5-300	0,1-3,0
СКБ, пФ	1-10	5-100	10-1000	1000-50000
h11Э, Ом	1000-10000	100-1000	50-500	0,5-50
h 21Э.	20-200	20-200	20-200	20-2000
h 22Э, См	10 -6 -10 -7	10 -5 -10 -7	10 -3 -10 -5	10 -2 -10 -4
h 12Э.	Принимает значения от 0,002 до 0,0002

Вычислим h-параметры транзистора КТ312Б по его приводимым в справочнике входным и выходным ВАХ.

а) Входное сопротивление транзистора при неизменном выходном напряжении

Входное сопротивление транзистора не соответствует числовому диапазону, указанному в табл.6, т.к. оно было вычислено на нелинейном участке ВАХ.

б) Коэффициент обратной связи транзистора по напряжению при неизменном входном токе

определяется по двум входным характеристикам (рис.4.). Примем

Для выбранного типа транзистора параметр h_12Э отличается от указанных в табл.6 значений в сторону увеличения. Этот факт указывает на погрешности графических построений. Его значения изменяются от 0,002 до 0,0002. Как показывает анализ устройств на транзисторах, в большинстве практических расчетов этим коэффициентом можно пренебречь или принять величиной из указанного диапазона.

в) Коэффициент передачи (усиления) тока транзистора при неизменном выходном напряжении U_КЭ=const находится по двум выходным характеристикам (рис.6-а). Примем

и две характеристики:

г) Выходная проводимость транзистора при неизменном входном токе I_Б =const находится по одной выходной характеристике.

Определение h-параметров биполярных транзисторов

Рассчитать h-параметры h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ биполярного транзистора в заданной исходной рабочей точке.

транзистор	Параметры h11, h12, ИРТ	Параметры h21, h22, ИРТ
IБ, мА	UКЭ, В	IБ, мА	UКЭ, В
КТ104В	0.4	0.4

Параметры h11э и h12э определяют по входным статистическим характеристикам(Рисунок 2.1). Для того что бы нанести положение ИРТ возьмем характеристику Uкэ=5В и на ней отметим точку соответствующую Iб=20мА. После этого можем для ИРТ найти Uбэо=0.82В.

Рисунок 2.1-Определение параметра h11э биполярного транзистора КТ104В

Определение параметров h11э:

Для выполнения условий Uкэ=const выбираем две точки на характеристики Uкэ=5В рядом с ИРТ(Рисунок 2.1).

Для точки А: Uбэа=0.85В; Iба=0.6мА; Uкэа=5В;

Для точки В: Uбэв=0.76В; Iбв=0.2мА; Uкэв=5В;

Для ИРТ: Uбэо=0.82В; Iбо=0.4мА; Uкэо=5В.

Как видно для всех трех точек выполняется равенство Uкэ=5В=const по графикам (Рисунок2.1) определяем приращение точками А и В находим параметры h11э:

h11э= (Uбэа-Uбэв)/(Iба-Iбв)=(0.85В-0.76В)/(0.6мА-0.2мА)=225Ом.

Определение параметров h12э:

Рисунок 2.2-Определение параметра h12э биполярного транзистора КТ104В

Для выполнения условий Iб=const на характеристике Uкэ=0В выбираем точку С для которой Iб=0.4мА.(Рисунок 2.2).

Для точки С: Uбэс= 0.64В Uкэс=0В Iбс=0.4мА;

Для ИРТ: Uбэо=0.82В Uкэо=5В Iбо=0.4мА.

Как видно для этих двух точек выполняется условие Iб=20мА=const. По графикам находим (Рисунок2.2) определяем приращение между точками С и ИРТ находим параметры h12э:

h12э= (Uбэо-Uбэс)/(Uкэо-Uкэс)=(0.82В-0.64В)/(5В-0В)=0.036Ом.

Параметры h21э и h22э определяют по выходным статистическим вольт-амперным характеристикам (Рисунок 2.3).Для того чтобы найти положение ИРТ: Iбо=200мкА Uкэо=10В выходную характеристику при Iб=0.4мА и на ней отметим точку соответствующую Uкэо=10В. После этого для заданной ИРТ найдем: Iко=14мА.

Рисунок 2.3-определение параметра h21э биполярного транзистора КТ104В

Определение параметров h21э:

Для выполнения условий Uкэ=const выберем две точки т.Д и т.Е выше и ниже ИРТ на характеристиках Iб=400 мкА и Iб=0мкА для которых Uкэ=10В (Рисунок 2.3)

Для точки Д: Iкд=27мА; Iбд=400мА; Uкд=10В;

Для точки Е: Iке=4м; I бе=0мА; Uке=10В;

Для ИРТ: Iко=14мА; Iбо=200мА; Uко=10В.

Как видно для этох трех точек выполняется условие Uкэ=10В=const. По графикам (Рисунок2.3) определяем приращение между точками Д и Е находим параметры h21э:

h21э= (Iкд-Iке)/(Iбд-Iбе)=

Определение параметров h22э:

Рисунок 2.4-определение параметра h22э биполярного транзистора КТ104В

Для выполнения условия Iб=const выбераем на характеристике Iб=200мА две точки F и G (Рисунок2.4)

Для точки G: Iкg=16мА; Uкэg=15В; Iбg=200мкА;

Для точки F: Iкf=12мА; Uкэf=5В; Iбf=200мкА;

Для ИРТ: Iко=14мА; Uкэо=10В; Iбо=200мкА.

Как видно для этих точек выполняется следующие условия Iб=200мкА=const. По графикам (Рисунок2.2) определяем приращение между точками G и F находим параметры h22э:

h22э= (Iкg-Iкf)/(Uкэg-Uкэf)=(16мА-12мА)/(15В-5В)=0.4.

Отметим важную особенность что приращение токов и напряжений при определении различных параметров находятся при разных условиях и поэтому не равны между собой. Например при расчете h21э и h22э используется приращение тока коллектора Однако в первом случае оно определяется при Uкэ=сonst а во втором при Iб=const как было показано ранее

.

Методика графического определения H–параметров транзистора

Располагая вольт–амперными характеристиками транзистора, можно графическим путем определить низкочастотные значения h-параметров. Для определения h-параметров необходимо задать рабочую точку, например А (I_бА, U_кэА), в которой требуется найти параметры.

Параметры h_11э и h_12э находят по входной характеристики U_бэ =¦₁(I_б)|_Uкэ=const.

Определим h_11э для заданной рабочей точки А (I_бА, U_кэА). На входной характеристике находим точку А, соответствующую заданной рабочей точке (рис. 6). Выбираем вблизи рабочей точки А две вспомогательные точки А₁ и А₂ (приблизительно на одинаковом расстоянии), определим по ними DU_бэ и DI_б и рассчитаем входное дифференциальное сопротивление, по формуле:

Приращения DU_бэ и DI_б выбирают так, чтобы не выходить за пределы линейного участка, их можно примерно принять за (10-20)% от значений рабочей точки.

Графическое определение параметра h_12э = DU_бэ /DU_кэ затруднено, так как семейство входных характеристик при различных DU_кэ>0 практически сливается в одну (рис. 6.).

Параметры h_22э и h_21э определяются из семейства выходных характеристик транзистора I_к=¦₁ (U_кэ) (рис.7).

Параметр h_21э= (DI_к /DI_б) |_Uкэ=const находится в заданной рабочей точке А (I_бА, U_кэА). Для нахождения приращений выбирают две вспомогательные точки А₁ и А₂ вблизи рабочей точки А при постоянном U_кэ =U_кэ0. Приращение тока базы DI_б следует брать, как DI_б=I_б2 – I_б1, где I_б2 и I_б1 определены как токи базы в точках А₂ и А₁. Этому приращению DI_б соответствует приращение коллекторного тока DI_к = I_к2 – I_к1, где I_к2 и I_к1.определены в точках точках А₂ и А₁. Тогда дифференциальный коэффициент передачи тока базы рассчитаем по формуле h_21э= (DI_к /DI_б))|_Uкэ=const.

Параметр h_22э=(DI_к/DU_кэ)½_Iб=const определяется по наклону выходной характеристики (рис. 7) в заданной рабочей точке А (I_бА, U_кэА), при постоянном токе базы I_б. Для нахождения приращений выбирают две вспомогательные точки точки А * ₁ и А * ₂. Для этих точек определяют DU * _кэ|_{Iб = IбА} =U_к2 – U_к1 – приращение коллекторного напряжения, и приращение коллекторного тока DI * _к= I * _к2 – I * _к1. При этом из семейства выходных характеристик следует выбирать ту характеристику, которая снята при выбранном значение тока базы I_б=I_бА.

Если рабочая точка не совпадает ни с одной траекторией приведенной на графике, то такую траекторию надо провести самостоятельно, между и по аналогии с соседними значения тока базы которых известно, и присвоить ей свое значение тока базы равное I_бА.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: