Эквивалентные схемы для малого сигнала

Как и для МДПТ, для биполярного транзистора малосигнальные эквивалентные схемы обычно используются для моделирования его работы в нормальном режиме (I_E ~ /j :" I_{S, V_bc < -3(р_г) и могут быть получены из эквивалентной схемы для большого сигнала путем линеаризации ее элементов и исключения постоянных составляющих токов. Поскольку параметры линеаризованных элементов зависят только от режима работы (постоянные составляющие эмиттерного тока и напряжения база—коллектор), но не от амплитуды сигнала, использование в качестве исходной модели Гуммеля—Пуна не имеет смысла.

На рис. IV.7.6 представлена малосигнальная эквивалентная схема, полученная путем линеаризации элементов эквивалентной схемы Эберса—Молла. В качестве коэффициента передачи эмиттерного тока используется его дифференциальное значение, а = Э 1_С /Ы_Е. Диод D, заменен дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода

которое в малосигнальных схемах называют сопротивлением эмиттера (при низком уровне инжекции в базе т = 1, при высоком т = 2). Эффект Эрли учитывается дифференциальным сопротивлением закрытого коллекторного перехода г_с и генератором ЭДС обратной связи iV_bc (см. параграф IV.5.2).

Рис. IV.7.6. Малосигнальная эквивалентная схема Джиаколстто Управляемый генератор тока a _v/, в эквивалентной схеме Эберса — Молла замещен линеаризованным генератором тока а/,. В компьютерных моделях, где для расчета токов обычно используется метод узловых потенциалов, току этого генератора присваивается значение gV_he, где g — крутизна ВАХ биполярного транзистора. Поскольку V_he = Ir_e = /,(p_r / I_E, значения токов а/, и gV_he совпадают при условии.

Отметим, что при большом значении эмиттерного тока крутизна ВАХ биполярного транзистора может значительно превосходить крутизну ВАХ МДПТ.

Емкости С_Е, С_с и C_s — это барьерные емкости эмиттерного, коллекторного и изолирующего р-п переходов. Частотпая зависимость коэффициента передачи эмиттерного тока учитывается диффузионной емкостью (IV.4.27a).

что эквивалентно частотной характеристике (IV.4.12a).

Как отмечалось в параграфе 11.6.4, в линейных устройствах часто предъявляются повышенные требования к точности моделирования АЧХ и особенно ФЧХ транзистора. Очевидный способ достижения этой цели состоит в использовании в управляемом генераторе тока а/, комплексного частотнозависимого значения коэффициента передачи эмиттерного тока (IV.4.276).

При этом диффузионная емкость C_DE из эквивалентной схемы должна быть исключена, иначе эффект накопления заряда в нейтральной базе будет учитываться дважды. Другой способ состоит в уменьшении диффузионной емкости С_ОЕ до величины (1 -^_a)C_DE и использовании управляемого генератора задержанного тока ge~*^{a (m}«V_be. При компьютерном моделировании переходных процессов реализовать такой элемент значительно проще, чем осуществлять на каждом временном шаге обратное преобразование Фурье. В этом, кстати, состоит смысл замены комплексной частотной характеристики коэффициента переноса (IV.4.76) аппроксимацией (IV.4.7b) в параграфе IV.4.2.

Уточненная малосигнальная схема биполярного транзистора, где реализован этот прием, приведена на рис. IV.7.7. Помимо введения генератора задержанного тока gV_be(t -?,_ат_а) в этой схеме сопротивление базы разделено на активную и пассивную составляющие R_B{ и R_B2, причем емкость С_с подключена к точке их соединения. Таким путем несколько повышается точность симуляции процесса ее заряда.

При моделировании линейных устройств коммуникационной и измерительной техники малосигнальные эквивалентные схемы дополняются генераторами шумового тока резистивных и активных элементов, как эго делается при моделировании МДПТ.

Рис. IV.7.7. Уточненная малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора с управляемым генератором задержанного тока Эквивалентные схемы на рис. IV.7.6, IV.7.7 пригодны для моделирования транзистора при произвольном способе его включения в схему электронного устройства. Однако для оценочных инженерных расчетов без применения вычислительныых средств часто удобно использовать специальную эквивалентную схему для включения ОЭ. Такой анализ позволяет получить приближенные, но более общие результаты, которые отражают закономерности поведения электронных устройств и могут быть только проверены численными методами. При включении ОЭ ток эмиттера не интересует пользователя, поскольку не является ни входным, ни выходным током. Поэтому в эквивалентной схеме удобно иметь в качестве электрического аргумента ток базы либо его часть.

Упрощенная эквивалентная схема транзистора для включения ОЭ представлена на рис. IV.7.8. В управляемом генераторе тока (3Г_в аргументом является часть тока базы 1'_в, не включающая ток смещения через барьерную емкость эмиттерного перехода Сг, который не связан с инжекцией электронов из эмиттера в базу. Диффузионная емкость базы отсутствует, так как в управляемом генераторе тока используется комплексное частотно-зависимое значение коэффициента усиления тока базы (IV.4.20a).

Рис. IV.7.8. Упрощенная малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора для включения ОЭ где согласно (IV.4.22) т_р=(1 + Р) т_а. Эффект Эрли учтен сопротивлением коллекторного перехода в схеме ОЭ (IV.5.5)

Отметим, что вследствие частотной зависимости коэффициента усиления базового тока сопротивление г* также оказывается частотно-зависимой комплексной величиной. Емкость коллекторного перехода в схеме ОЭ С_с также является частотно-зависимой. Ее величина может быть найдена путем замены сопротивления г_с в (IV.7.21) на импеданс.

соответствующий параллельному соединению сопротивления г_с и емкости С_с (см. рис. IV.7.6):

Импеданс Z₍ (со) соответствует параллельному включению комплексного сопротивления г_с (со), определенного в (IV.7.21), и комплексной емкости.

которая и включена в эквивалентную схему на рис. IV.7.8.

С помощью эквивалентной схемы на рис. IV.7.8 нетрудно показать, что собственный коэффициент усиления биполярного транзистора по напряжению составляет.

Используя соотношение r_c ~ V_pinch/I_E (IV.5.66) и учитывая, что г_е = <�р_г / 1_Е <& (Зг_с, получаем.

где V _inch — напряжение прокола базы.