Біполярний транзистор в схемотехнических додатках представляють як чотириполюсник і розраховують його параметри для такої схеми. Для транзистора як чотириполюсника характерні два значення струму I1 і I2 і два значення напруги U1 і U2 (рис. 5.23).
Мал. 5.23. схема чотириполюсника
Залежно від того, які з цих параметрів обрані в якості вхідних, а які в якості вихідних, можна побудувати три системи формальних параметрів транзистора як чотириполюсника. Це системи z-параметрів, y-параметрів і h-параметрів. Розглянемо їх більш детально, використовуючи лінійне наближення.
Задамо в якості вхідних параметрів біполярного транзистора як чотириполюсника струми I1 і I2. а напруги U1 і U2 будемо визначати як функції цих струмів. Тоді зв'язок напруг і струмів в лінійному наближенні буде мати вигляд:
Коефіцієнти zik в цих рівняннях визначаються наступним чином:
- визначаються як вхідний і вихідний опору.
- опору зворотного і прямий передач.
Вимірювання z-параметрів здійснюються в режимі холостого ходу на вході (I1 = 0) і виході (I2 = 0). Реалізувати режим разомкнутого входу I1 = 0 для біполярного транзистора досить просто (опір емітерного переходу становить всього десятки Ом і тому розмикати опір в ланцюзі емітера в кілька кОм вже дозволяє вважати I1 = 0). Реалізувати режим разомкнутого виходу I2 = 0 для біполярного транзистора складно (опір колекторного переходу дорівнює десяткам МОм і розмикати опір в ланцюзі колектора в силу цього має бути близько ГОм).
Задамо в якості вхідних параметрів біполярного транзистора як чотириполюсника напруги U1 і U2. а струми I1 і I2 будемо визначати як функції цих напруг. Тоді зв'язок струмів і напруг в лінійному наближенні буде мати вигляд:
Коефіцієнти в рівняннях мають розмірність провідності і визначаються наступним чином:
- вхідна і вихідна провідності.
- провідності зворотної та прямої передач.
Вимірювання y-параметрів відбувається в режимі короткого замикання на вході (U1 = 0) і виході (U2 = 0). Реалізувати режим короткого замикання на вході (U1 = 0) для біполярного транзистора досить складно (опір емітерного переходу становить всього десятки Ом і тому замикає опір в ланцюзі емітера має становити частки Ома, що досить складно). Реалізувати режим короткого замикання на виході U2 = 0 для біполярного транзистора просто (опір колекторного переходу дорівнює десяткам МОм і замикають опору в ланцюзі колектора можуть бути навіть сотні Ом).
Система h-параметрів використовується як комбінована система з двох попередніх, причому з міркувань зручності вимірювання параметрів біполярного транзистора вибирається режим короткого замикання на виході (U2 = 0) і режим холостого ходу на вході (I1 = 0). Тому для системи h-параметрів в якості вхідних параметрів задаються ток I1 і напруга U2. а в якості вихідних параметрів розраховуються струм I2 і напруга U1. при цьому система, що описує зв'язок вхідних I1. U2 і вихідних I2. U1 параметрів, виглядає наступним чином:
Значення коефіцієнтів в рівнянні для h-параметрів мають такий вигляд:
- вхідний опір при короткому замиканні на виході;
- вихідна провідність при холостому ході у вхідному ланцюзі;
- коефіцієнт зворотного зв'язку при холостому ході у вхідному ланцюзі;
- коефіцієнт передачі струму при короткому замиканні на виході.
Еквівалентна схема чотириполюсника з h-параметрами наведена на малюнку 5.24а, б. З цієї схеми легко побачити, що режим короткого замикання на виході або холостого ходу на вході дозволяє виміряти той чи інший h-параметр.
Мал. 5.24. Еквівалентна схема чотириполюсника: а) біполярний транзистор в схемі із загальною базою; б) біполярний транзистор в схемі з загальним емітером
Розглянемо зв'язок h-параметрів біполярного транзистора в схемі із загальною базою з диференціальними параметрами. Для цього скористаємося еквівалентною схемою біполярного транзистора на низьких частотах, показаної на малюнку 5.24а, а також виразами для вольт-амперних характеристик транзистора в активному режимі. отримуємо:
Для біполярного транзистора в схемі із загальним емітером (рис. 5.24б) вирази, що описують зв'язок h-параметрів з диференціальними параметрами, будуть мати такий вигляд:
Для різних схем включення біполярного транзистора (схема із загальною базою, загальним емітером і загальним колектором) h-параметри пов'язані один з одним. У таблиці 2 наведені ці зв'язки, що дозволяють розраховувати h-параметри для схеми включення із загальною базою, якщо відомі ці параметри для схеми із загальним емітером.
Таблиця 2. Зв'язки між h параметрами
Диференціальні параметри біполярних транзисторів залежать від режимів їх роботи. Для схеми із загальним емітером найбільший вплив відчуває коефіцієнт посилення емітерного струму h21е в залежності від струму емітера. На малюнку 5.25 наведена ця залежність для транзисторів КТ215 різних типономиналов. В області малих струмів (мікропотужний режим) коефіцієнт посилення зменшується внаслідок впливу рекомбинационной компоненти в емітерний перехід, а в області великих струмів (режим високого рівня інжекції) - коефіцієнт посилення зменшується внаслідок зменшення коефіцієнта дифузії.
Мал. 5.25. Залежність коефіцієнта h21е для різних транзисторів марки КТ215Д від емітерного струму Iе [24, 29]