04_2022__Prez_04_Bt_printsipy_Raboty

1. Структура и УГО транзистора. Направление токов.
Стрелка в УГО показывает, куда из эмиттера направлен ток.
Ток базы "переползает" в эмиттер (npn) и наоборот (pnp)
n+-p: nn>pp хотя бы на порядок
n++-p: nn>pp не менее чем на 2-3порядка

2. Области ПП-структуры транзистора
Транзистор имеет три ПП-области с внешними выводами:
эмиттер (Э, Е) – с наибольшей концентрацией атомов примеси NE >>NB ; из него происходит инжекция (эмиссия) носителей в базу,
база (Б, В) – с наименьшей концентрацией атомов примеси NB ; по ней происходит диффузия носителей, инжектированных из эмиттера до области коллектора,
коллектор (К, С) – концентрация атомов примеси
NИ < NС < NE ; он собирает носители, пришедшие в процессе диффузии от эмиттера через базу
Транзистор – это две структуры с pn-переходами:
эмиттер-база и коллектор-база, причем,
область базы – общая для обеих структур.
Транзистор с указанной структурой называется БИПОЛЯРНЫМ далее БТ
(причина названия – в процессе анализа работы)

3 . Этапы изготовления транзистора типа npn (условно)

Схемы включения БТ и режимы работы.

4. Схемы включения БТ
БТ – это ППП, имеющий три электрода (вывода):
Эмиттер, База, Коллектор
Схема включения определяется ориентацией электродов (выводов)
относительно понятий "вход" и "выход"
Пока (!!!) общим называется вывод присутствующий на входе и выходе, подключенный к точке с потенциалом 0В ("Земля")
Понятие "схема включения" не зависит от типа транзистора npn/pnp; поэтому на рисунке нет конкретного УГО.
В курсе "Электроника" рассматриваются только схемы с ОБ и ОЭ.

БТ - это две взаимодействующие структуры с pn-переходами
Э-Б (E-B) и К-Б (C-B)
5. Режимы работы БТ
Конкретный знак напряжений на pn-переходах (но не их состояние!) определяется типом БТ – npn или pnp и схемой включения ОБ или ОЭ.
Режим работы определяется совокупностью состояний pn-переходов:
"открыт – прямое напряжение" – "закрыт – обратное напряжение"
Понятие "режим" определяется только состоянием pn-переходов,
т.е. не зависит от типа БТ и схемы включения
!!! В схеме с ОЭ внешним является напряжение UCE , но режим определяется напряжением на pn-переходе UCB=UCE – UBE

Принцип работы, свойства и характеристики БТ
объясняются для npn – типа.
6. Соответствия в схемах для различных типов транзисторов.
Чтобы на схеме перейти к аналогичному состоянию на схеме с БТ
для pnp – типа, нужно изменить
полярности напряжений и направления токов.
Режим БТ-npn, соответствующий состояниям: Э-Б открыт, К-Б закрыт
Аналогичный режим БТ-pnр, соответствующий состояниям: Э-Б открыт, К-Б закрыт

Принцип работы БТ на примере npn-транзистора в схеме с ОБ.

7 . Схема с ОБ в активном режиме (АР)
Главные особенности АР:
значение входного тока IE сильно зависит от значения входного напряжения UEB IE(UEB) – это прямая ветвь ВАХ,
изменение выходного тока IC повторяет закон изменения входного тока IE ; в схеме с ОБ вообще IC ≈ IE .
значение выходного тока IC практически не зависит от значения напряжения UCB .
По закону Кирхгофа для узла 0: IE=IC+IB

А. Инжекция – переход носителей через прямо включенный pn-переход Э-Б под влиянием grad концентрации между Э и Б
!!! После перехода ОН из Э в Б они для Б становятся НОН
8. Динамика носителей в БТ (то же самое, что у диодов).
2. Переход между областями ПП с различным типом проводимости
В. Экстракция – выход носителей из области под влиянием электрического поля; восстановление электронейтральности:
через обратно включенный pn-переход К-Б,
из любой области во внешнюю цепь
3. Движение по области
А. Диффузия – движение носителей по базе после инжекции
под влиянием grad концентрации в базе Э → К (только НОН!)
В. Дрейф – движение основных носителей
под влиянием электрического поля (только ОН!)
генерация: атом Si → электрон + дырка (в БТ почти не влияет)
рекомбинация: электрон + дырка → атом Si
1. Образование и исчезновения носителей

9. Движение носителей в БТ-ОБ; АР – инжекция в базу
1 – инжекция электронов – ток инжекции IE(n)
2 – инжекция дырок – ток инжекции IE(p)
3 – часть IE , равная электронной части тока инжекции
4 – часть IE , равная дырочной части тока инжекции
5а=2 – часть IB , равная дырочной части тока инжекции
Инжекция через открытый pn-переход Э-Б.

pp≈NA – определяется исходными свойствами.
Например: pp≈NA=1016, тогда np≈104 (очень малая!)
Равновесная концентрация носителей в базе p-типа в [см–3 ]:
10. Почему в базе p-типа происходит диффузия электронов?
Дырки – ОН, электроны – НОН.
Неравновесная концентрация электронов, инжектируемых в базу из эмиттера, очень мала:
и по сравнению с nn≈ND в эмиттере (например ND=1018),
и по сравнению с pp≈NA в базе.
Но она очень великапо сравнению с исходной равновесной концентрацией НОН-электронов в базе.
Поэтом, возникает градиент и начинается диифузия по базе.

6– диффузия НОН-электронов по базе под действием Grad(n)
7 – рекомбинация электронов и дырок - потеря ОН-дырок
5a=2 – часть тока базы, равная дырочной части тока инжекции
5b=7 – часть тока базы, равная току рекомбинации
Диффузия неравновесных НОН и рекомбинация в базе.
11 Движение носителей в БТ-ОБ; АР – диффузия по базе

3=(8– 9)– экстракция электронов из базы через pn-переход
!!! Все НОН, прошедшие через Б, извлекаются в К
9 – дрейф электронов через коллектор во внешнюю цепь
Экстракция происходит через закрытый(!!!) pn-переход К-Б.
! Токи во внешних цепях (проводниках) создаются только электронами
12. Движение носителей в транзисторе; АР – экстракция в коллектор

При обратном включении диода внешнее поле может
переносить через pn-переход
только электроны из p в n или дырки из n в p, а их там НЕТ
13. Прохождение тока через закрытый pn-переход в диоде
Это поле может только обеспечить экстракцию носителей из pn-перехода, которые образованы генерацией (их очень мало!).
После экстракции внешнее поле обеспечивает
дрейф основных носителей по "своим" областям.

При обратном включении pn-перехода в БТ внешнее поле опять может переносить электроны из р-базы в n-коллектор
Но теперь на границу Б-К подходят почти все электроны, инжектированные из эмиттера. В p-области есть электроны
14. Прохождение тока через закрытый pn-переход K-Б в БТ
Этих носителей может быть уже достаточно много –
ток на прямой ветви ВАХ pn-перехода Б-Э.

Ток эмиттера в ПП образуется двумя типами носителей:
1) инжекция электронов из эмиттера (уход) в базу IE(n)
2) инжекция дырок из базы (приход) в эмиттер IE(p)
!!! приход дырки для изменения заряда – это то же самое, что уход электрона (реально, вообще то же самое!)
15. Баланс заряда в эмиттере npn-БТ.
Уход электронов компенсируется их приходом из внешней цепи, поэтому в БТ типа npn (!) IE<0

Ток базы в ПП создается только дырками
приходящими в базу для компенсации потери дырок:
1) после инжекции (ухода) дырок в эмиттер из базы
2) после рекомбинации (потери) дырок в базе
Уход и потери дырок в базе компенсируется приходом дырок в базу, т.е. уходом электронов атомов оболочек атомов Si
во внешнюю цепь и образованием дырок
В БТ типа pnp IB > 0
IREC – это потеря части электронов,
инжектированных в базу из эмиттера.
16. Баланс заряда в базе npn-БТ.
!!! Нельзя путать ток самой базы, т.е. ПП-области и ток внешней цепи базы, который в любом режиме и любом типе БТ создается электронами.

Ток коллектора в ПП создается
только электронами, инжектированными из эмиттера в базу за вычетом потерь в базе на рекомбинацию
Все электроны, приходящие из базы в коллектор, уходят из него, создавая ток коллектора во внешней цепи
Непосредственно в ПП токи создаются носителями различного знака: IE и IC – электроны, IB - дырки.
Отсюда название – биполярные транзисторы (БТ)
17. Баланс заряда в коллекторе npn-БТ.

Ток коллектора во внешней цепи определяется количеством носителей (в ед. времени!), которое внешнее поле перенесло через закрытый pn-переход К-Б путем экстракции из базы.
18. От чего зависит ток коллектора БТ в АР?
Это количество, в свою очередь, равно количеству носителей, перешедших из эмиттера в базу путем инжекции и прошедших через базу путем диффузии минус потери на рекомбинацию.
ВЫВОДЫ по активному режиму.:
1) ток коллектора зависит от напряжения на pn-переходе Б-Э, т.е. от UIN ,
2) ток коллектора зависит также от следующих свойств БТ:
уровень инжекции Б-Э, т.е. отношения IE(n)/IE(p) ,
рекомбинация в базе при диффузии НОН,
3) ток коллектора не зависит от напряжения на pn-переходе К-Б, т.е. от UOUT
В АР БТ может работать,
как преобразователь входного сигнала в выходной

19. Независимость тока коллектора от UCB
А электронов подойдет столько, сколько их инжектируется в базу под воздействием напряжения UEB (минус потери на рекомбинацию )

IE = IC + IB
– коэффициент передачи постоянного тока в схеме с ОБ
IС = IE – IB = α∙IE
Почему режим называется активным?
Выходной сигнал зависит только от входного сигнала и повторяет закон его изменения.
20. Коэффициент передачи тока в схеме с ОБ (1)
IB<

21. Коэффициент передачи тока в схеме с ОБ (2)
Величина α имеет расчетные формулы (нам их не надо!!!)
Значение α зависит от исходных параметров ПП
и технологии изготовления
Коэффициент эффективности эмиттера:
NE , NB – концентрации примеси в Э и Б.
Коэффициент переноса НОН через базу при диффузии
с учетом потерь на рекомбинацию.
Обычно NE>NB на 2 – 3 порядка
При тонкой базе доля рекомбинации мала (Успевают пройти почти без потерь)

Уравнения статических состояний БТ
(Молла-Эберса)
для схемы с ОБ.

I1 , I2 – токи, создаваемые в pn-переходах приложенным напряжением, т.е. ВАХ
22. Эквивалентная схема БТ-ОБ. Модель Молла - Эберса

αN∙I1 , αI∙I2 – токи, переносимые через базу
из другого pn-перехода
23. Взаимное влияние pn-переходов.
αN – Normal или просто α – коэффициент передачи тока при нормальном включении: Э-Б открыт, К-Б закрыт
αI – Inverse– коэффициент передачи тока при инверсном включении: Э-Б закрыт, К-Б открыт

Общий вид уравнений для любого и 4-х возможных режимов
24. Уравнения Молла – Эберса для схемы с ОБ

При расчете токов БТ в реальных устройствах используют очень упрощенные уравнения Молла-Эберса с применением следующих допущений для уравнений ВАХ I=f(U):
при открытом pn-переходе пренебрегают единицей,
при закрытом pn-переходе пренебрегают экспонентой.
Основания см. През. №02, №№34,35.
Значениями обратных токов IE0 , IC0 , присутствующих в общей сумме без множителя-экспоненты, также пренебрегают.
25. Реальные формулы расчета при использовании модели М-Э.
Уравнения ВАХ для прямой ветви
Уравнения ВАХ для обратной ветви

26. Токи в схеме с ОБ в активном режиме.
В реальных схемах значение IE задается и рассчитывается по внешним параметрам схемы; расчет по экспоненте не делают.
Переход Э-Б открыт, переход К-Б закрыт
Индекс N у параметра α опускается,
т.к. параметр αI больше нигде не появляется.
В активном режиме
между токами pn-переходов присутствует связь, в которой IOUT зависит только от тока IIN.

27. Токи в схеме с ОБ в режиме отсечки .
В режиме отсечки БТ
связь между токами pn-переходов отсутствует
Переход Э-Б закрыт, переход К-Б закрыт

Ток инжекции – это ток через открытый pn-переход (любой)
1-я (основная в АР) инжекция – ток через pn-переход Э-Б
2-я (отсутствующая в АР) инжекция – ток через pn-переход К-Б
28. Режим двойной инжекции в схеме с ОБ – носители.

В уравнениях Молла-Эберса оказывают влияние ВСЕ ЧЛЕНЫ
29. Токи в схеме с ОБ в режиме двойной инжекции.
НО!!! В реальных схемах пользоваться такими "сложными" формулами практически никогда не приходится.
Есть гораздо более простая формула определения IC в режиме двойной инжекции по значениям параметров схемы. Она будет приведена и использована при изучении усилительного каскада на БТ.
Переход Э-Б открыт, переход К-Б открыт

В любом случае в ток IC вносит свой вклад
обратный (собственный) ток pn-перехода К-Б IC0
Отсечка: IC=ICB=IC0
30. Влияние обратного тока pn-перехода К-Б на общий ток IC
AP: ICB=IC0 , IC=α∙IEB+IC0
Для современных Si БТ в большинстве расчетов можно принимать IC0=0

Работа аналоговых преобразовательных устройств происходит в основном в активном режиме, в котором IC≈α∙IE≈IE
31. Реальные режимы работы БТ в аналоговых схемах.
В определенные моменты времени работа может происходить в режиме отсечки, в котором IC≈IE≈0.
В обоих режимах pn-переход К-Б закрыт, т.е. для npn-БТ
Напряжение питания задается > 0 и UCB получается>0
В нормальных условиях работы аналогового устройства на основе npn-БТ переход Б-К никогда должен быть открытым
В правильной схеме напряжение питания всегда задается > 0:
инверсный режим с UBE<0, UCB<0 отсутствует в принципе
режим двойной инжекции с UBE>0, UCB<0 может возникнуть по ряду причин, которые станут ясными при рассмотрении реальных схем усилительных каскадов.

Статические характеристики (графики)
схемы с ОБ

32. Характеристики БТ
Входная: IIN = f(UIN)
Основные характеристики транзистора – функция всегда ток
Выходная: IOUT = f(UOUT)
Передаточная: IOUT = f(UIN) или IOUT = f(IIN)
У БТ передаточная характеристика –
это просто число – значение KTR
IOUT = КTRIIN (KTR – коэффициент передачи)
В схеме с ОБ коэффициент передачи тока KTR=< 1

33. Входные характеристики БТ в схеме с ОБ
Входная характеристика –
это прямая ветвь ВАХ pn-перехода Э-Б
Тип БТ определяется только по знакам IE и UEB
Знак тока определяется направлением относительно соответствующего вывода БТ:
втекает – плюс,
вытекает – минус

34. Составляющие выходной характеристики БТ в схеме с ОБ.
В любом режиме IС во внешней цепи равен алгебраической сумме токов через оба pn-перехода
Прямая ветвь ВАХ pn-перехода Б-К
В любом режиме IС во внешней цепи равен алгебраической сумме токов через оба pn-перехода
от pn-перехода К-Б
от pn-перехода Э-Б

35. Одиночная выходная характеристика БТ в схеме с ОБ.
Одиночная ВХ не является полностью информативной,
т.к. ее значения сильно зависят от параметра IE
Поэтому ВХ обычно представляют в виде семейства (СВХ)
с параметром IE

36. СВХ с параметром IIN=IE
Схема включения – начало СВХ левее оси Y
Тип транзистора – определяется по знакам величин на осях.
Крутая часть ВХ – режим двойной инжекции
Пологая часть ВХ – активный режим.
* – для IC0 в режиме отсечки масштаб не соблюден

Схема включения с
общим эмиттером (ОЭ)
Основная схема УК!!!

37. Общность схем включения с ОБ и с ОЭ
1) направления (знаки) токов: IE < 0, IB > 0, IC > 0,
2) состояния(!) pn-переходов в каждом режиме:
активный: Б-Э открыт, К-Б закрыт,
отсечка: Б-Э закрыт, К-Б закрыт,
двойная инжекция: Б-Э открыт, К-Б открыт,
3) носители , составляющие ток в каждой области:
Э – электроны ≥ 99% , К – электроны, Б – дырки
4) выходной ток IOUT=IC

38. Передача тока в схеме с ОБ и с ОЭ
Входной ток:
IIN =IE
Схема с ОБ
Схема с ОЭ
Входной ток: IIN=IB<
Выходной ток: IOUT = IC
Коэффициенты передачи постоянного тока
В схемах с ОБ и ОЭ коэффициенты передачи имеют различные формулы, т.к. в этих схемах один и тот же выходной ток, но различные входные токи

39. Связь между коэффициентами передачи тока в ОБ и ОЭ
Связь α и β
Для ОБ
Для ОЭ
Общее для ОБ и ОЭ
или

При одинаковых значениях напряжений на pn-переходах
токи в выводах БТ будут иметь одинаковые значения
в любой схеме включения (Л.Р.№3).
Названия:
α – коэффициент передачи тока в схеме с ОБ,
β – коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ,
отражают физический смысл, но не обязательность схемы включения ОБ для измерения α или ОЭ для измерения β
40. Идентичность схем ОБ и ОЭ в АР .
Коэффициенты α и β ,
связывающих между собой значения токов IC , IE и IB ,
можно измерять в любой схеме включения.
Вообще, для измерения коэффициентов передачи достаточно измерить два любых тока в любой схеме включения,
а далее – расчет согласно №39.

41. Условие идентичности схем с ОБ и ОЭ (Л.Р.№3)
Создание идентичности условий на pn-переходах:
на входе – V1=V2, на выходе V4=V3+V2
Результат:
в активном режиме токи во всех соответствующих выводах равны,
любой коэффициент передачи можно измерять в любой схеме
ОБ
ОЭ
Измерения в схеме с ОБ
Измерения в схеме с ОЭ

42. Идентичность результатов в различных схемах включения
При равных напряжениях на pn-переходах равны токи в электродах
и их соотношения, т.е. α и β
В схеме с ОБ можно сразу задать значение IE
для БТ с неизвестным (!!!) коэффициентом передачи

Уравнения статических состояний БТ
(Молла-Эберса)
для схемы с ОЭ.

43. Эквивалентная схема БТ-ОЭ. Модель Молла – Эберса (01)
Уравнения имеют тот же вид, что и для схемы с ОБ с учетом отличий:
переход Б-Э открыт при UBE>0 (то же, что и UEB<0)
переход Б-К открыт при UBC>0, т.е. при UBE – UCE >0

44. Эквивалентная схема БТ-ОЭ. Модель Молла – Эберса (02)
При UBE>0 и UCE>0, т.е. при "правильном" задании знаков U для АР
БТ все равно может оказаться в режиме двойной инжекции
Например, UBE=0.7V, UCE=0.6V, получится UBE – UCE = +0.1V
т.е. открытый pn-переход Б-К

45. Упрощенные значения для АР и отсечки в схеме с ОЭ
Активный Режим: UBE > 0, UBC = UBE – UCE < 0
Допущения для ВАХ pn-переходов те же, что и для схемы с ОБ:
при открытом pn-переходе пренебрегаем единицей,
при закрытом pn-переходе пренебрегаем экспонентой.
Допущения для обратных токов:
Значениями обратных токов, если они без множителя-экспоненты можно пренебрегать в любом режиме.
Входной ток I; cвязь между коэффициентами передачи (см. №39):
Режим отсечки: UBE < 0, UBC = UBE – UCE < 0

Движение носителей
в схеме с ОЭ

46. Соответствие представлениям в №9, №11, №12 (для ОБ)
2) Со стороны выхода внешнее напряжение приложено между коллектором и 0В; при условии UCE ≥UBE получится UCB > 0, т.е. переход Б-К закрыт.
1) Со стороны входа точка 0В переносится с базы на эмиттер, напряжение UEB <0 меняет свой знак и получается UBE>0, при котором переход Б-Э открыт
Структура, соответствующая схеме с ОБ поворачивается на 90O против ч.с.
ВЫВОД
При выполнении условий:
UBE≈0.7B, ≥ 0 и UCE ≥ UBE≈0.7B
в БТ-ОЭ будет обеспечен АР.

1 – инжекция электронов – ток инжекции IE(n)
2 – инжекция дырок – ток инжекции IE(p)
3 – часть IE , равная электронной части тока инжекции
4 – часть IE , равная дырочной части тока инжекции
5а=2– часть IB , равная дырочной части тока инжекции
47 Движение носителей в БТ-ОЭ; АР – инжекция в базу (ср. №9)

6 – диффузия электронов по базе
7 – рекомбинация электронов и дырок в базе
5b=7 – часть тока базы, равная току рекомбинации
48. Движение носителей в БТ-ОЭ; АР – диффузия по базе (ср. №11)

8=(6 – 7) – экстракция электронов из базы через pn-переход Б-К
9=8 – дрейф электронов через коллектор во внешнюю цепь
Экстракция электронов из базы через pn-переход Б-К произвоится напряжением, приложенным к этому pn-переходу, т.е.
UBC=UCE – UBE
В АР оно должно быть >0!!!
49. Движение носителей в БТ-ОЭ; АР – экстракция в коллектор (ср. №12)

На всех этапах рассмотрения движение носителей в схеме с ОЭ описывается так же, как и в схеме с ОБ. Это означает:
одинаковые механизмы перехода границ областей,
одинаковые механизмы движения по областям.
50 Выводы по движению носителей в схеме с ОЭ
Независимо от типа БТ, схемы включения и режима работы: движение неосновных носителей по базе – диффузия,
движение основных носителей по "своим" областям – дрейф,
движение носителей во внешней цепи – дрейф электронов,
переход носителей через открытый pn-переход – инжекция,
переход носителей через закрытый pn-переход – экстракция,
ВЫВОД
Движение носителей в обеих схемах включения описывается одинаково!!!

1. На рисунке, отражающем движение носителей, следует поменять между собой графические обозначения электронов и дырок.
2. Направления стрелок оставить, т.к. они отражают направление движения.
3. Изменить на противоположные направления токов во внешних цепях.
4. В текстовом описании (ответе) взаимно заменяются слова "электроны" и "дырки." НО!!! Во внешней цепи – только электроны
51. Описание движения носителей в pnp-БТ
Пример для №9

Нормальным режимом работы БТ в аналоговых устройствах является активный режим.
52. Почему нигде не рассмотрен инверсный режим?
Режимы отсечки и насыщения могут возникнуть в формально правильной схеме по причинам:
неправильный расчет значений параметров, чаще всего, сопротивлений резисторов,
увеличение амплитуды входного сигнала в полностью правильной схеме
Инверсный режим отсутствует в любой формально правильной схеме, в которой коллектор при монтаже не перепутан с эмиттером

Статические характеристики
схемы с ОЭ

53. Характеристики БТ (аналогично №32)
Входная: IIN = f(UIN)
Основные характеристики транзистора – функция всегда ток
Выходная: IOUT = f(UOUT)
В схеме с ОЭ коэффициент передачи тока >>1 (!!!)
У БТ передаточная характеристика –
это просто число – значение KTR
IOUT = КTRIIN (KTR – коэффициент передачи)
Передаточная: IOUT = f(UIN) или IOUT = f(IIN)

54. Входные характеристики БТ в схеме с ОЭ
Отличия от схемы с ОБ
Y-координата IB
значения токов ~ в (50 – 500) раз меньше, чем в схеме с ОБ
Входная характеристика аналогична
прямой ветви ВАХ pn-перехода Б-Э
Тип БП опознается по знакам IB и UBE
Но формулой
описывается ток IB<< IE

55. Одиночная выходная характеристика для схемы с ОЭ.
При снижении UCE до значения UBE≈0.7B возникает UCB=UCE – UBE=0B.
При дальнейшем снижении UCE возникает UCB<0, открывающее pn-переход
Появляется ток инжекции ICB(inj2) через pn-переход К-Б.
Ток инжекции вычитается из IC; он растет с уменьшением UCE
При уменьшении UCE растет \UCB\, оставаясь UCB< 0
При UCE≈UBE общий ток IC становится =0
При значении UCE > UBE≈0.7B возникает UCB=UCE – UBE=< 0.
Переход Б-К закрыт, БТ в АР с IC=β⋅IB

56. Характеристики БТ в схеме с ОЭ с параметром IIN=IB
Крутая часть ВХ – режим двойной инжекции
Пологая часть ВХ – активный режим.
Схема включения – начало СВХ в точке начала координат
Тип транзистора – знаки величин на осях.

Малосигнальные параметры БТ

57. Совмещение напряжений АС и DC в УК-БТ.
Коэффициенты, связывающие между собой значения токов и напряжений AC (сигналов), называют малосигнальными параметрами.
Полагается, что iAC.MAX << IDC , uAC.MAX << UDC

58. Общий подход к понятию"малосигнальые параметры"
Связь между АС-током и АС-напряжением, действующими
на одной стороне объекта – это динамическое сопротивление
или сопротивление переменному току, размерность [Ω]
Связь между АС-током и АС-напряжением, действующими
на разных сторонах объекта –
это крутизна, размерность [A/B] или [Ω– 1], чаще всего [mA/V]

59. Связь между токами и напряжениями (неструктурированная)
В обоих случаях 1-е слагаемое >> 2-го, т.е. влияние входа на выход намного сильнее, чем обратное влияние.
!!! Это утверждение нельзя применить к любому объекту,
НО для БТ оно вполне справедливо.

60. Система y-параметров БТ, как 4-полюсника (01)
При представлении БТ, как абстрактного четырехполюсника:
1. Токи и напряжения имеют цифровые индексы: 1 для IN, 2 для OUT
2. Связь между токами и напряжениями описывается некоторой системой параметров.
3. Если в качестве независимых величин выбраны u1=uIN и u2=uOUT , то параметры носят названия y-параметров
Токи и напряжения в системе y-параметров
Фактически это повторение уравнений в №59, только в другом представлении.

61. Система y-параметров БТ, как 4-полюсника (02)
Значения u1, u2 – задаются. значения i1, i2 – измеряются.
Значения y рассчитываются в условиях измерений:
y11, y21 – при u2=0, т.е. КЗ на выходе,
Y12, y22 – при u1=0, т.е. КЗ на входе.
Все значения y11, y12, y21, y22 имеют физический смысл – проводимость:
y11 – входная проводимость, величина обратная rIN ,
y12 – обратная передаточная проводимость (обратная крутизна),
y21 – передаточная проводимость (крутизна),
y22 – выходная проводимость, величина обратная rOUT.

62. Схема для измерения y-параметров
(a) – u2=0, режим КЗ а выходе по переменному току (!!!)
(a)
(b)
(b) – u1=0, режим КЗ а входе по переменному току (!!!)

63. Проблемы при измерении y-параметров
НО! подключение на входе источника напряжения к pn-переходу означает, что для режима DC ток будет изменяться по закону
Режим КЗ по переменному току обеспечивается применением источника постоянного напряжения с малым внутренним сопротивлением, т.е. вполне решаемая задача.
1
Выводы:
для модели с неизвестными параметрами значение IE может быть только подобрано изменением VDC на входе,
даже подбор значения VDC для требуемого значения IE на одном экземпляре модели, не гарантирует точного повтора на другом экземпляре такой же модели,
источник DC должен иметь точность регулировки не хуже, чем 0.01V

h-параметры БТ,
как 4-полюсника

64. Система h-параметров БТ, как 4-полюсника
Значения i1, u2 – задаются, значения i2, i1 – измеряются.
Значения h рассчитываются в условиях измерений:
h11, h21 – при u2=0 – КЗ на выходе по переменному току (!!!)
h12, h22 – при i1=0 – обрыв на входе по переменному току (!!!)
Коэффициенты, связывающие токи и напряжения,
называются h-параметры.
В качестве независимых величин выбирают
входной ток i1 выходное напряжение u2.

65. Физический смысл h-параметров по схеме включения ОБ
В условиях u2=0, т.е. КЗ на выходе
В условиях i1=0, т.е. обрыв на входе

66. Определение значений h-параметров по схеме включения ОЭ
В условиях u2=0, т.е. КЗ на выходе
В условиях i1=0, т.е. обрыв на входе

67. Физический смысл h-параметров
В условиях u2=0, т.е. КЗ на выходе
В условиях i1=0, т.е. обрыв на входе
Входное сопротивление rIN
Коэффициент передачи тока:
h21b, как α
h21e, как β
Коэффициент обратной передачи напряжения uIN/uOUT
Выходная проводимость 1/rOUT

68. Коэффициенты передачи тока в режиме АС
Определения коффициентов передачи тока в режиме AC
полностью аналогичны определениям в режиме DC.
Аналог коэффициента α
для схемы с ОБ.
Аналог коэффициента β
для схемы с ОЭ.
Связь между коэффициентами такая же, как между и β .

69. Измерение значений коэффициентов передачи (1)
Коффициенты передачи тока в режиме AC
не имеют формул для аналитического вычисления.
Их значения определяются только отношениями токов и могут быть получены только экспериментально, (т.е. измерены).
!!! На практике при необходимости получения значений и β
их тоже не рассчитывают, а измеряют
Как проводить измерения коэффициентов передачи?
"Очевидный" ответ: и h21b в схеме с ОБ, а β и h21e – в схеме с ОЭ.
Такое решение вызывает определенные неудобства.
!!! Схема БТ-ОБ гораздо более удобна для любых измерений, хотя измерять всегда требуется коэффициенты передачи для БТ-ОЭ
Коэффициенты передачи для БТ-ОБ сохраняют значение ≈1 для всех БТ и в широком диапазоне влияющих факторов.
Напротив, коэффициенты передачи для БТ-ОЭ не только подвержены влиянию различных факторов, но даже имеют разброс
в пределах разных экземпляров одной модели БТ

Некоторые практические аспекты измерения
h-параметров

70. Почему определение коффициентов удобнее проводить в схеме с ОБ?
Значения коэффициентов зависят от частоты, температуры и режима.
За показатель режима принято считать значение IE.OP в режиме DC, которое задается параметрами внешней цепи:
в схеме с ОБ на входе задается непосредственно значение IE.OP ,
в схеме с ОЭ на входе задается непосредственно значение IB.OP , а значение IE.OP получается через неизвестный заранее коэффициент передачи, т.е. необходим подбор для получения требуемого значения.
!!! Установка амперметра в цепи базы для схемы с ОБ формально выводит эту схему из класса 4-полюсника, но на достоверность результатов никак не влияет.
Идентичность результатов получается только при измерении коэффициентов h11(b,e) и h21(b,e),
определяемых в режиме КЗ на выходе.
Но коэффициенты h12(e,b) и h22(e,b) имеют очень малые значения. Влиянием этих факторов обычно пренебрегают

71. Что такое "КЗ на выходе" и "обрыв на входе" в реальных измерениях?
Понятия "КЗ на выходе" и "обрыв на входе" относятся
только к переменным сигналам.
При одновременном действии AC- и DC-токов и напряжений:
источник DC-напряжения на выходе представляет собой КЗ для последовательно соединенного с ним источника AC-напряжения,
источник DC-тока на входе оказывает бесконечно большое сопротивление любой попытке изменить этот ток, т.е. представляет собой обрыв для источника AC-тока
Конкретная реализация источника DC-тока на входе:
в Л.Р.№3 используется идеальный источник тока из программы, позволяющий непосредственно задавать значение IE ,
в Л.Р. №4 (и вообще на практике) для создания приближения к источнику тока используется простая схема с расчетным значением IE независимо от модели БТ.

72. Идеальная схема для измерений при КЗ на выходе

73. Идеальная схема для измерений при обрыве на входе
Соответствует значению

74. Получение идентичности для схем ОБ и ОЭ (Л.Р.№3)
Идентичность по DC:
установить I1ОЭ=IB(ОЭ)=IB(ОБ)=pA1
установить V1ОЭ=UCB(ОБ)+UEB(ОБ)=V1ОБ+\pV1\
тогда получается: UCB(ОЭ)=UCB(ОБ)
В результате должно получиться:
для постоянных токов эмиттера в обеих схемах: I1ОБ=pA1ОЭ
для постоянных токов базы в обеих схемах: pA1ОБ=I1ОЭ
для переменных токов эмиттера в обеих схемах: i2ОБ=pA2ОЭ
для переменных токов базы в обеих схемах: pA2ОБ=i2ОЭ