Физические эквивалентные схемы для малого сигнала

Транзисторы в схемах аналоговой техники (линейные усилители, частотные фильтры и т.д.) работают в активном нормальном режиме ( , ), причем изменение входного напряжения на эмиттерном переходе меньше теплового потенциала . Транзистор, работающий в таких условиях, удобно анализировать с привлечением малосигнальной физической эквивалентной схемы, в которой все элементы являются линейными. Эти элементы моделируют конкретные физические процессы, происходящие в транзисторе, аихзначения можно вычислить через электрофизические или топологические параметры транзисторной структуры.

Физическую малосигнальную эквивалентную схему транзистора можно построить таким образом, что она сможет описать его свойства для любой из известных схем включения, но, как правило, для каждой схемы включения удобнее приводить свою конкретную эквивалентную схему.

На рис.3.22представлена физическая малосигнальная схема транзистора с равномерно легированной базой при включении с ОБ, построеннаяна основе модели Эберса-Молла и учитывающая инерционные свойства коэффициента передачи эмиттерного тока путем задания функции .

В схеме нет источника тока, моделирующего тепловой ток закрытого коллекторного перехода, так как она описывает толькомалые переменные составляющие токов и напряжений.

Дифференциальное сопротивление R_К и источник связаны с эффектом Эрли (3.5.2). Сопротивление R_КК моделирует сопротивление квазинейтральной коллекторной области. Его нужно учитывать при анализе транзистора со слаболегированным коллектором. Эмиттерный вход заменен дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода , значение которого может быть определено из (1.37)как .

Рисунок 3.22– Малосигнальная физическая эквивалентная схема транзистора для включения с ОБ

Транзисторный эффект моделируется генератором тока . Причем в генераторе тока не учитывается та часть эмиттерного тока, которая проходит по барьерной емкости эмиттера СЭ, так как эта часть тока не связана с инжекцией, а, следовательно, и с коллекторным током. Иногда барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов суммируются с диффузионными емкостями.

На рис. 3.23представлена малосигнальная физическая эквивалентная схема транзистора для включения с ОЭ.

Рисунок 3.23– Малосигнальная физическая эквивалентная схема для включения с ОЭ

Частотно-зависимый генератор тока модулирует транзисторный эффект. Величина тока , так как часть тока базы протекает через барьерную емкость эмиттерного перехода и не связана с инжекцией, а, следовательно, и с коллекторным током.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в этой схеме включения транзистора в меньше, чем в схеме с ОБ (3.31), а так как коэффициент усиления по току частотно-зависимый элемент, то величина ГК будет зависеть от частоты

.

Емкость коллекторного перехода найдем, выразив и через :

,

где .

Таким образом, в схеме с ОЭ реактивная проводимость коллекторов, так же как и активная, возрастает примерно в раз. Это можно объяснить тем, что реактивный ток основных носителей, втекающий в базу через барьерную емкость коллекторного перехода, вызывает примерно в раз больший ток электронов через эмиттер. В схеме с ОЭ в связи с этим ухудшаются частотные свойства за счет увеличения примерно в раз постоянной времени цепи обратной связи

,

где – сопротивление нагрузки; – сопротивление квазинейтральной области коллектора.