H21э транзистора что это

Частотные свойства биполярных транзисторов

Частотные свойства транзистора – это набор характеристик, которые определяют диапазон частот входных сигналов, в пределах которого прибор тем или иным образом выполняет присущие ему функции по усилению или преобразованию этих сигналов.
Для биполярных транзисторов для определения частотных характеристик принято использовать (среди прочих) частотную зависимость коэффициентов передачи входного тока в схемах ОБ и ОЭ.
Обозначаются эти коэффициенты, как правило: h21б (можно встретить α – альфа) и h21э (или β – бета).

Параметр коэффициента передачи транзистора h21б (включённого по схеме с ОБ), как правило, в перечне справочных характеристик не приводится, но его всегда можно рассчитать, исходя из следующего соотношения: α = β/(1 + β) .
Значение этого параметра всегда будет меньше 1, т. к. мы помним, что схема ОБ обладает усилением по напряжению, но не усиливает ток. Но дело в данном случае не в этом, а в том, что если мы поочерёдно подставим в эту формулу два значения β (т. е. h21э), например 100 и 50 (разница в 50%), то легко убедимся, что изменение α (т. е. h21б) составляет всего 1%.
А с учётом того, что для каскада с ОБ, как мы помним: K_u ≈ R_к x α/R_э, то и зависимость его усиления по напряжению от β транзистора будет значительно снижена. А потому и частотные свойства по отношению к ОЭ у него окажутся более предпочтительными, так как β транзистора существенно зависит от частоты, а Ku каскада ОЭ – от β. Поясним сказанное рисунком.

Рис.1 Зависимость коэффициентов передачи тока транзисторов от частоты

Здесь β₀ (h21э) и α₀ (h21б) – это коэффициенты передачи тока транзисторов в схемах ОЭ и ОБ по постоянному току.
f_h21э и f_h21б – это предельные частоты коэффициентов передачи тока (для схем ОЭ и ОБ). Они представляют собой частоты, на которой коэффициенты передачи снижаются в 1,41 раза (на 3 дБ) от максимального значения.
f_т – это граничная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером становится равным единице.

Величину коэффициента передачи тока транзисторов в зависимости от рабочей частоты для схемы ОЭ можно определить по следующей формуле:
, где:
h_21э0 – это статический коэффициент передачи тока транзистора для схемы ОЭ (является паспортной характеристикой),
F – это рабочая частота, на которой определяется β,
f_h21э – это предельная частота коэффициента передачи тока для схемы ОЭ.

f_h21э связана с граничной частотой f_т (которая также является паспортной характеристикой) простым соотношением: f_h21э ≈ f_Т/ β₀.

Теперь, после того как мы собрали все данные, можно рассчитать величину коэффициента передачи тока транзистора β на реальной частоте.
А далее, подставив полученное значение в формулу α = β/(1 + β) , также получить и значение коэффициента передачи и для схемы ОБ.
Сдобрим пройденный материал онлайн калькулятором.

РАСЧЁТ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ ТОКА ТРАНЗИСТОРА ОТ ЧАСТОТЫ

H21э транзистора что это

Страшное слово — Транзистор

Автор:
Опубликовано 13.11.2006

Ну вот, собственно, миновав семь скучных и бесполезных глав о всякой муре =), мы дошли-таки до самого интересного и захватывающего. До транзистора.

Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только — очень маленьких.

Транзистор — это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух — поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h21э. У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h21э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h21э = 100.
Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал — это когда ток потребления равен номинальному.
Номинальный — 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора — 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше коллекторного в h21э раз. То есть — в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили.

Теперь осталось вычислить сопротивление резистора в цепи базы. Вычисляем (по закону Ома):

U — нам известно — это напряжение питания, 9В
I — только что нашли — 0,0033 А

Арифметика, 2 класс: R = 9/0,0033 = 2700 Ом = 2,7 кОм.

Ответ: сопротивление резистора = 2,7 кОм

Просто? Еще бы! Но — не обольщайтесь. Дальше — хуже! =)

В следующих нескольких параграфах мы поговорим о вещах, отвлеченных от транзистора. Но после этого, обязательно к нему вернемся, уже с новыми интересными знаниями. И сможем уже более широко использовать этот элемент.

Параметры биполярного транзистора

Все описанное выше касалось работы транзистора при постоянных напряжениях и токах его электродов. При работе транзисторов в уси­лительных схемах важную роль играют переменные сигналы с малыми амплитудами. Свойства транзистора в этом случае определяются так называемыми малосигнальными параметрами.

На практике наибольшее применение получили малосигнальные h-параметры (читается: аш-параметры). Их называют также гибридны­ми, или смешанными, из-за того, что одни из них имеют размерность проводимости, другие — сопротивления, а третьи — вообще без­размерные.

Всего h-параметров четыре: h11 (аш-один-один), h12 (аш-один-два), h21 (аш-два-один) и h22 (аш-два-два) и определяются они следующими выражениями:

при Uвх = const

Запись const является сокращением слова constanta, то есть посто­янная величина. В данном случае это означает, что при определении параметра h11 приращения входного напряжения и входного тока выбираются при неизменном (постоянном) значении выходного напряжения Uвых. Параметр h11 характеризует входное сопротивление биполярного транзистора и измеряется в омах. Более кратко выражение для определения параметра h11 записывают в виде:

при Uвых = const

Параметры h12, h21 и h22 определяются следующими выражениями:

_ — коэффициент обратной связи по на-

Iвх = const пряжению, безразмерная величина;

— коэффициент прямой передачи по

Uвых = const току, безразмерная величина;

— выходная проводимость, измеряется

Iвх = const в сименсах (См).

Знак означает небольшое изменение напряжения U или тока I относительно их значений в статическом режиме.

Все h-параметры можно определить по статическим характеристи­кам. При этом параметры h11 и h12 определяются по входным, a h21 и h22 — по выходным характеристикам. Необходимо только иметь в виду, что значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора. Для указания схемы включения к цифровым индексам h-параметров до­бавляется буквенный индекс: б — если транзистор включен по схеме ОБ, или э — если транзистор включен по схеме ОЭ. Кроме того, приращения входных и выходных токов и напряжений нужно заменить приращениями напряжений и токов соответствующих электродов транзистора с учетом конкретной схемы включения (рис. 9).

Значения h-параметров зависят от режима работы транзистора, т. е. от

а б Рис. 9. Токи и напряжения транзистора в схемах с ОЭ (а) и ОБ (б)

напряжений и токов его электродов. Режим работы транзистора опре-

Рис. 10. Определение статических h-параметров транзистора по его стати­ческим характеристикам деляется на характеристиках положением рабочей точки, которую будем обозначать в дальнейшем буквой А. Если указано положение рабочей точки А на семействе статических входных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 10, а), параметры h11э_э и h12э определяются следующим образом:

Параметры h21э и h22э определяются в рабочей точке А по выходным характеристикам (рис. 10, б) в соответствии с формулами:

Аналогично рассчитываются h-параметры для схемы ОБ.

При расчете параметров h12 и h21 надо токи и напряжения подстав­лять в формулы в основных единицах измерения.

Параметр h21б называют коэффициентом передачи тока в схеме ОБ, a h21э — коэффициентом передачи тока в схе­ме ОЭ. В отличие от статических коэффициентов передачи h21Б и h21Е, рассчитываемых как отношение выходного тока к входному в схемах ОБ и ОЭ, параметры h21б и h21э определяются как отношения изменений вы­ходных токов к вызвавшим их изменениям входных токов. Иными сло­вами, параметры h21б и h21э характеризуют усилительные свойства тран­зистора по току для переменных сигналов.

Характеристики биполярных транзисторов

В самом конце предыдущей части статьи было сделано «открытие». Смысл его в том, что небольшой ток базы управляет большим током коллектора. Как раз в этом и заключается основное свойство транзистора, его способность к усилению электрических сигналов. Для того, чтобы продолжить дальнейшее повествование, следует разобраться, насколько велика разница этих токов, и как происходит это управление.

Чтобы лучше вспомнить, о чем идет речь, на рисунке 1 показан n-p-n транзистор с подключенными к нему источниками питания базовой и коллекторной цепей. Этот рисунок уже был показан в предыдущей части статьи.

Небольшое замечание: все, что рассказывается о транзисторе структуры n-p-n вполне справедливо и для транзистора p-n-p. Только в этом случае полярность источников питания следует заменить на обратную. А в самом описании «электроны» заменить на «дырки», везде, где они встречаются. Но в настоящее время транзисторы структуры n-p-n более современны, более востребованы, поэтому в основном рассказывается именно о них.

Маломощный транзистор. Напряжения и токи

Напряжение, прикладываемое к эмиттерному переходу (так принято называть переход база — эмиттер), для маломощных транзисторов невелико, не более 0,2…0,7В, что позволяет создать в цепи базы ток в несколько десятков микроампер. Зависимость тока базы от напряжения база – эмиттер называется входной характеристикой транзистора, которая снимается при фиксированном напряжении коллектора.

К коллекторному переходу маломощного транзистора прикладывается напряжение порядка 5…10В (это для наших исследований), хотя может быть и больше. При таких напряжениях коллекторный ток может быть от 0,5 до нескольких десятков миллиампер. Ну, просто в рамках статьи ограничимся такими величинами, поскольку считается, что транзистор у нас маломощный.

Характеристики передачи

Как уже было сказано чуть выше, маленький ток базы управляет большим током коллектора, как показано на рисунке 2. Следует обратить внимание на то, что ток базы на графике указан в микроамперах, а ток коллектора в миллиамперах.

Если внимательно проследить за поведением кривой, то можно заметить, что для всех точек графика соотношение коллекторного тока к току базы одинаково. Для этого достаточно обратить внимание на точки А и Б, у которых соотношение коллекторного тока к базовому ровно 50. Это как раз и будет УСИЛЕНИЕ ПО ТОКУ, обозначается символом h21э – коэффициент усиления по току.

Зная это соотношение, нетрудно вычислить коллекторный ток Iк = Iб * h21э

Только ни в коем случае не следует думать, что коэффициент усиления у всех транзисторов ровно 50, как на рисунке 2. На самом деле он, в зависимости от типа транзистора, находится в пределах от единиц до нескольких сотен и даже тысяч!

Если требуется узнать коэффициент усиления для конкретного транзистора, который лежит у Вас на столе, то сделать это достаточно просто: современные мультиметры, как правило, имеют режим измерения h21э. Далее будет рассказано, как определить коэффициент усиления, пользуясь обычным амперметром.

Зависимость тока коллектора от тока базы (рисунок 2) называется передаточной характеристикой транзистора. На рисунке 3 показано семейство передаточных характеристик транзистора, при включении его по схеме с ОЭ. Характеристики снимаются при фиксированном напряжении коллектор – эмиттер.

Рисунок 3. Семейство передаточных характеристик транзистора, при включении его по схеме с ОЭ

Если посмотреть на это семейство повнимательней, то можно сделать несколько выводов. Во-первых, передаточная характеристика нелинейна, представляет собой кривую (хотя в середине кривой имеется линейный участок). Именно эта кривая и приводит к нелинейным искажениям, если транзистор используется для усиления сигнала, например, звукового. Поэтому приходится рабочую точку транзистора «смещать» на линейный участок характеристики.

Во вторых характеристики, снятые при разных напряжениях Uкэ1 и Uкэ2 эквидистантны (равноудалены друг от друга). Это позволяет сделать вывод, что коэффициент усиления транзистора (определяется углом наклона кривой к оси координат) не зависит от напряжения коллектор – эмиттер.

В третьих характеристики начинаются не с начала координат. Это говорит о том, что даже при нулевом токе базы какой-то ток через коллектор протекает. Это как раз и есть начальный ток, о котором было рассказано в предыдущей части статьи. Начальный ток у обеих кривых различный, что говорит о том, что он зависит от напряжения на коллекторе.

Как снять передаточную характеристику

Проще всего эту характеристику снять, если включить транзистор по схеме, показанной на рисунке 4.

Вращением ручки потенциометра R можно изменять совсем маленький ток базы Iб, что приведет и пропорциональному изменению большого тока коллектора Iк. Такой «творческий» процесс, как вращение ручки потенциометра невольно наводит на мысль: «А нельзя ли как-нибудь этот процесс кручения ручки автоматизировать?» Оказывается можно.

Для этого достаточно вместо потенциометра последовательно с батарей Eб-э подключить источник переменного напряжения, например угольный микрофон, колебательный контур антенны или детектор приемника. Тогда это переменное напряжение и будет управлять коллекторным током транзистора, как показано на рисунке 5.

В данной схеме батарея Eб-э выполняет роль источника смещения рабочей точки транзистора, а усиливаться будет сигнал переменного напряжения. Если подать переменный сигнал, например синусоиду, без смещения, то положительные полупериоды будут открывать транзистор, и, возможно, даже усиливаться.

Но отрицательные полупериоды транзистор попросту закрывают, поэтому не только не усилятся, но даже и не пройдут через транзистор. Это примерно так, как если бы громкоговоритель подключить через диод: вместо приятной музыки и голосов удастся услышать непонятный хрип.

Но достаточно часто усиливают постоянный ток, при этом транзистор работает в ключевом режиме, наподобие реле. Такое применение наиболее часто встречается в работе цифровых схем. В следующей статье именно с ключевого режима, как наиболее простого и понятного мы и начнем рассмотрение различных режимов работы транзистора.

Схемы включения транзисторов

Рисунок 6. Схемы включения транзисторов

До сих пор на всех рисунках транзистор представал перед нами как три квадратика с буквами n и p. На рисунке 6а транзистор показан как на реальной электрической схеме. Тут же показана полярность подключения напряжения, наименования электродов, базовые и эмиттерные токи. А на рисунке 6б в виде конструкции из двух диодов, что часто используется при проверке транзистора мультиметром.