Транзистор?.. Это очень просто! - Айсберг Евгений Давыдович - Страница 23

Л. — Совершенно верно, но что же тебе непонятно?

Рис. 50. Для снятия динамических характеристик транзистора достаточно дополнить схему, показанную на рис. 43, нагрузочным резистором Rн, включенным в цепь коллектора. Начиная с этого рисунка транзистор на схемах будет изображаться общепринятым условным обозначением.

Еще раз о кухонной батарее

Н. — То, что теперь мои напряжения на коллекторе будут зависеть от величины тока коллектора. Ведь фактическое напряжение Uк, между коллектором и эмиттером меньше напряжения батареи Ек-э, так как из последнего нужно вычесть падение напряжения, вызываемое током Iк, на нагрузочном сопротивлении Rн. Следовательно, если, увеличив ток базы, вызвать приращение тока коллектора, то падение напряжения на сопротивлении Rн возрастет и напряжение на коллекторе снизится.

Л. — Ты правильно рассудил, Незнайкин! И я понимаю, что тебя беспокоит: сеть наших кривых совершенно не учитывает этих явлений.

Н. — Я все больше и больше думаю о своей кухонной батарее, которую я некогда создал, связав между собой все кастрюли…

Из-за наличия этого сопротивления нагрузки все наши напряжения и токи связаны. И достаточно повернуть ручку потенциометра R1, чтобы стрелки всех наших четырех приборов двинулись в едином порыве подобно солдатам, маневрирующим по команде офицера…

Одна прямая среди кривых

Л. — Попытаемся навести в этом порядок. Возьмем транзистор малой мощности, скажем, на 75 мВт. Посмотри на его кривые (рис. 51), где проведена и прерывистая линия, обозначающая предельную мощность, которую не следует превышать. Предположим, что батарея Ек-э, питающая коллектор, имеет напряжение 9 В. Скажи, при каких условиях такое же напряжение мы обнаружим на коллекторе?

Рис. 51. Характеристики транзистора малой мощности и линия нагрузки.

Н. — Если не происходит никакого падения напряжения на сопротивлении Rн, т. е. если ток Iк равен нулю.

Л. — Ну вот, это условие мы и обозначим на нашем графике первой точкой А, где Uк = 9 В и Iк = 0. Теперь допустим, что сопротивление Rн = 275 Ом. Можешь ли ты рассчитать, при каком значении коллекторного тока на этом резисторе упадет все напряжение, так что на самом коллекторе не будет никакого напряжения?

Н. — Разумеется, применяя закон Ома, я могу найти ток Iк, который на резисторе Rн = 275 Ом создаст падение напряжения в 9 В и полностью погасит напряжение батареи Ек-э:

Л. — Прекрасно! Это позволяет нам поставить вторую точку Б, где Uк = 0 и Iк = 32,5 мА. Нам остается теперь только взять линейку и соединить наши точки А и Б прямой линией, которая будет называться нагрузочной прямой для сопротивления нагрузки в 275 Ом.

Н. — Изрядно же мы продвинулись вперед! Я совершенно не вижу, что дает нам эта нагрузочная прямая. Начать хотя бы с того, например, как ток коллектора может достичь 32,5 мА, если в этот момент на коллекторе нет никакого напряжения.

Л. — Твое смущение вызвано тем, что ты не делаешь различия между статическими и динамическими характеристиками. Первые показывают, как изменяются интересующие нас напряжения и токи при отсутствии в цепи коллектора сопротивления нагрузки. Такие характеристики мы рассматривали во время предшествующей беседы. Сегодня же мы выясним, что происходит, когда в цепь коллектора включено нагрузочное сопротивление и, кроме того, ко входу, т. е. между базой и эмиттером, приложено переменное напряжение uб (рис. 52). Теперь следует говорить о динамических характеристиках, и проведенная нами нагрузочная прямая позволяет их определить.

Рис. 52. Схема применения транзистора в качестве усилителя. Переменное напряжение uб приложено между базой и эмиттером. На выходе на нагрузочном резисторе Rн получают переменное напряжение uк.

Две составляющие

Н. — По твоей схеме входное переменное напряжение uб порождает выходное переменное напряжение uк, и я начинаю догадываться почему. Здесь в цепи коллектора происходит то же самое, что и в анодной цепи электронной лампы: мирное сосуществование двух токов. Во-первых, мы имеем постоянную составляющую — средний ток, определяемый рабочей точкой (у лампы — смещением сетки). И, во-вторых, имеется переменная составляющая, определяемая изменением потенциала сетки по отношению к катоду. Полупериоды переменной составляющей входного напряжения то складываются с постоянной составляющей (когда обе составляющие имеют один знак), то вычитаются из нее.

Л. — Действительно, у транзистора происходит аналогичное явление. Батареи Ек-э и Еб-э определяют рабочую точку. Целесообразно установить ее так, чтобы и положительные, и отрицательные полупериоды входного переменного напряжения могли создать максимальные отклонения напряжения коллектора от его среднего значения.

Н. — В этом случае мы должны условиться, что среднее напряжение Uк на коллекторе должно быть равно половине напряжения питания Ек-э. В нашем случае это половина от 9 В, т. е. 4,5 В.

Л. — Я ставлю точку на нашей нагрузочной прямой в месте, соответствующем Uк = 5 В, это почти середина нашей прямой. Ты сейчас увидишь, что можно выбрать величину, несколько большую половины Ек-э. Теперь, если изменение напряжения база — эмиттер (или, что то же самое, изменение тока базы) определяет изменение тока Iк и напряжения Uк коллектора, то эти две последние величины всегда оказываются связанными отношением, которое выражает наша прямая.

Н. — Это чересчур философски, и я предпочел бы конкретный пример.