Parametry małosygnałowe tranzystorów bipolarnych są współczynnikami równań liniowych tranzystora jako czwórnika aktywnego w poszczególnych trzech konfiguracjach układowych WB, WE i WC. Czwórnik tranzystorowy jest sterowany na wejściu źródłem napięciowym, a na wyjściu obciążony rezystancją Współzależności pomiędzy małosygnałowymi napięciami ui=Uijcost i prądami ij=Ijcost - wejściowymi oraz wyjściowymi najczęściej są przedstawiane w układzie hybrydowych równań liniowych
u1=h11i1+h12u2
i2=h21i1+h22u2
lub w układzie admitancyjnych równań liniowych
W szczególności, dla składowych zmiennych o małej amplitudzie w konfiguracji wspólnego emitera (WE) mamy
Ube = h11eIb + h21eUce
Ic = h21eIb + h22eUce
Ib = y11eUbe + y12eUce
Ie = y21eUbe + y22eUce
Hybrydowe parametry małosygnałowe tranzystora dla konfiguracji WE przy niskich częstotliwościach mają sens fizyczny i mogą być wyznaczone bezpośrednio z jego charakterystyk stałoprądowych jako styczne kierunkowe na tych charakterystykach w określonym punkcie pracy
W ten sposób definiujemy kolejno następujące wielkości:
- impedancję wejściową przy zwartym wyjściu
- wsteczną transmitancję napięciową przy rozwartym wejściu (wewnętrzne sprzężenie zwrotne)
- transmitancję prądową przy zwartym wyjściu (wzmocnienie prądowe)
- admitancję wyjściową przy rozwartym wejścia
gdzie indeksy wejścia: i - input, wyjścia o - output; pracy normalnej f- forward i pracy rewersyjnej r- reverse.
gdzie: rb'e=UT/IE - rezystancja dyfuzyjna emitera, rbb' - rezystancja rozproszona bazy,
.
Bowiem tzw. przekładnia rezystancji tranzystora = rb'e/rb'c<<1. Podobnie ostatni parametr macierzy hybrydowej jest powiązany z
Przejście do wysokich częstotliwości pracy tranzystora wymaga uzupełnienia jego schematu zastępczego o elementy reaktancyjne
Pojemność Cb'e składa się z dwóch równoległych pojemności złącza emitrowego; złączowej (barierowej) CjE i dyfuzyjnej CdE
Cb'e = CjE + CdE
przy czym dla uBE>0, CjE << CdE,
oraz
gdy iE≈iC.
Parametr N - jest czasem przelotu nośników w kierunku normalnym - w pierwszym przybliżeniu niezależny od punktu pracy. Poza tym w tranzystorze obserwowane są montażowe pojemności pasożytnicze pomiędzy zewnętrznymi wyprowadzeniami bazy i kolektora Cbc rzędu kilku pF, które wpływają na przebieg charakterystyki β(f) powyżej częstotliwości f1
Model małosygnałowy jest właściwy do opisu zachowania tranzystora w układzie pomiarowym do badania parametrów małosygnałowym.
Moduł współczynnika h11e zgodnie z definicją wyznaczamy z zależności
przy Uce=0
Małosygnałowe amplitudy zmiennej ube mierzymy bezpośrednio na ekranie oscyloskopu.
Przy dużych wartościach pojemności C1 i C2 można tutaj uważać za zwarcie dla składowych zmiennych. zauważmy, że
Podobnie moduł małosygnałowego współczynnika wzmocnienia (transmitancji) wyznaczamy z definicji
przy Uce =0
Współczynnik jest zależny od częstotliwości. Aby zmierzyć jego wartości w funkcji częstotliwości, należy:
- właściwie określić punkt pracy tranzystora,
- zapewnić dokonanie pomiaru Ic, także przy kolektorze zwartym z emiterem (Uce=0) dla
małosygnałowej składowej zmiennej,
- zachować możliwość pomiaru Ib w funkcji częstotliwości Ib= Ib(f).
Amplitudę składowej zmiennej Ic określamy mierząc napięcie na rezystorze R1 w obwodzie kolektora
Podobnie w obwodzie bazy przy właściwie dobranych wartościach rezystancji R2 i R3, dużo większych od rbe (R2 ,R3>> rbe ), mamy
gdzie Ug jest amplitudą napięcia zmiennego na wyjściu generatora.
Zatem na podstawie ostatnich zależności łatwo zauważyć, że
Po wykreśleniu zależności h21e(f) wyznaczamy wartość częstotliwości granicznej f, dla której h21e(f)= h21o/√2≡/√2. Wartość wiąże pojemność Cb'e i czas przelotu N ze składową stałą prądu kolektora IC:
+
gdzie nE - współczynnik emisji złącza emiterowego.
Drugą ważną pojemność - spolaryzowanego zaporowo złącza kolektorowego Cb'c , o której wielkości tym razem decyduje pojemność barierowa (Cb'c≈CjC) - można wyznaczyć postępując według instrukcji w ćwiczeniu 2. Jednakże tutaj wyznaczymy ją w układzie dzielnika pojemnościowego; ze znaną pojemnością C1.
Tranzystor w tym układzie jest w stanie odcięcia - poprzez napięcie na R2 polaryzujące także zaporowo złącze E/B. Napięcie U2 polaryzuje zaporowo złącze B/C. Wartości pojemności C1, rezystancji R1 i częstotliwości generatora tak dobieramy, aby spadek potencjału na rb'b był do pominięcia. Dzięki temu możemy dalej uprościć schemat zastępczy do układu mostka pojemnościowego. Wówczas, jak łatwo zauważyć
Amplitudy napięciowe mierzymy na ekranie oscyloskopu z właściwą i oznaczoną sondą. Pojemność sondy (16 pF) uwzględniamy w obliczeniach. Ponadto przy tych pomiarach należy pamiętać o pojemnościach pasożytniczych obudowy Cbc które zwykle nie zależą od napięcia polaryzującego złącze kolektorowe.
Czwarty parametr macierzy [h]; h22 - konduktancję wyjściową najłatwiej zmierzyć w tranzystorach mocy, np. BD285, w których parametr ten jest dużo większy niż w tranzystorach małej mocy. Tranzystor mocy włączamy do układu pomiarowego zestawionego wg W układzie takim, zgodnie z definicją ustawiamy właściwy punkt pracy prądu bazy IB= const i doprowadzamy zmienne napięcie uce. W ustalonym przez układ punkcie pracy UCE≈ 5V mamy R3>>rb'e, co pozwala przyjąć, że obwód bazy jest rozwarty dla składowej zmiennej. Pomiar zmiennego prądu Ic zapewnia rozwarcie dla składowej zmiennej Ib=0 w obwodzie bazy. Amplitudę Ic mierzymy na rezystorze R2
Zatem, zgodnie z definicją mamy