Транзистор?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

Л. — Вот несколько нагрузочных прямых для больших или меньших нагрузок (рис. 53). На нагрузке 1000 Ом мощность выделяется меньшая, так как мы располагаем меньшими амплитудами изменений токов как на входе (тока базы), так и на выходе (тока коллектора). Нагрузки с сопротивлением, меньшим 275 Ом, увеличивают амплитуды и мощности, но, используя такие нагрузки, мы попадаем в запрещенную область мощностей выше 75 мВт.

Рис. 53. Нагрузочные прямые для различных сопротивлений резистора Rн. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше наклон линии нагрузки. При Rн = 0 линия нагрузки поднимается вертикально.

Н. — Так вот почему ты, великий хитрец, избрал эту величину 275 Ом, которая позволяет получить нагрузочную кривую в виде касательной к гиперболе, обозначающей предельную допустимую мощность… Минутку, я вижу, что ты даже провел нагрузочную кривую для Rн = 0.

Л. — Да, Незнайкин, эта строго вертикальная прямая линия — единственная среди наших нагрузочных прямых, описывающая статический режим транзистора. Разве при отсутствии сопротивления нагрузки напряжение на коллекторе не остается постоянным и неизменным?

Н. — Это очевидно. Но разве раньше не изучали мы с тобой другие сопротивления нагрузки, кроме банального омического сопротивления? Я помню симпатичное семейство реактивных сопротивлений, с которыми мы тогда познакомились: индуктивности, колебательные контуры (рис. 54)…

Рис. 54. В качестве нагрузки может использоваться не только омическое сопротивление. На этом рисунке нагрузкой служит колебательный контур LC, настроенный на частоту сигнала.

Л. — Ты хорошо сделал, что напомнил мне о них. Разумеется, что при расчете такого рода цепей часто не учитывают омическое сопротивление катушек постоянному току. В этих условиях рабочая точка коллектора совпадает с напряжением источника питания Ек-э. Тогда без риска изменить полярность коллектора можно допуская на реактивных сопротивлениях напряжения, амплитуда которых достигает величины Ек-э. При этом точка А (где обычная нагрузочная прямая пересекает горизонтальную ось Uк) может соответствовать удвоенной величине напряжения батареи Ек-э. Так, если оно равно 9 В, то точка А находится при напряжении 18 В.

Н. — Подводя итоги, следует сказать, что для проведения нагрузочной прямой я ставлю точку А, откладывая на горизонтальной оси величину Ек-э, если в цепь коллектора непосредственно включена омическая нагрузка (Rн), или 2Ек-э, если в качестве нагрузки выступает эквивалентное сопротивление Rэ, цепей, содержащих реактивности и обладающих малым сопротивлением постоянному току (колебательный контур, трансформатор). Соответственно точку Б я ставлю на вертикальной оси, откладывая Ек-э/Rн и Ек-э/Rэ(где Rэ — эквивалентные сопротивления нагрузки) в зависимости от характера сопротивления нагрузки (рис. 55).

Рис. 55. Общее правило для определения нагрузочных прямых. В скобках указаны значения для случаев, когда сопротивление резистора Rн, цепи нагрузки постоянному току значительно меньше ее эквивалентного сопротивления Rэ для переменного тока.

Л. — Ты исключительно точно сформулировал правило, и я надеюсь, что ты сам без малейшего труда сумеешь провести нагрузочные прямые и, пользуясь ими, сможешь получить кучу интересных данных. Например, нет ничего проще, исходя из имеющихся сведений, вычертить кривую, показывающую, как изменяется ток коллектора Iк в зависимости от напряжения на базе Uб. Для этого достаточно снять по нагрузочной прямой значения Iк для всех точек, где она пересекает характеристики, соответствующие различным значениям Uб и перенести их на график. Ты увидишь, что в этом случае мы получим прямую (рис. 56). Это показывает, что изменения крутизны невелики, когда мы имеем дело с большими значениями коллекторного тока, т. е. усиление транзистора имеет достаточно линейный характер.

Рис. 56. Эта характеристика, повышающая зависимость тока коллектора Iк от напряжения Uб при наличии сопротивления нагрузки, построена на основании выходных характеристик и нагрузочной прямой, изображенных на рис. 51.

Н. — Я отмечаю, что в данном случае полная проводимость прямой передачи (крутизна) равна 300 мА/В.

Л. — Да, это динамическая крутизна. С такой же легкостью ты можешь вычертить график, показывающий изменения Iк в зависимости от Iб.

Н. — Конечно. Но, как попавшая в паутину муха, я спешу вырваться из паутины характеристик, которая наяву заставляет меня вновь переживать приснившиеся мне кошмары… Уже давно с языка у меня готов сорваться вопрос. На всех твоих схемах ты изображал две батареи: Ек-э, дающую напряжение на коллектор, и Еб-э, служащую источником соответствующего смещения базы. Однако я вскрыл все транзисторные приемники у своих друзей и убедился, что все они имеют только по одной батарее. Это, очевидно, батарея, питающая коллектор. Откуда же поступает напряжение смещения на базу?

Л. — От этой же батареи. Впрочем, разве в ламповых схемах ты не сталкивался с таким же положением?

Н. — Действительно, напряжение сеточного смещения создается источником анодного напряжения: анодный ток вызывает падение напряжения на резисторе R (рис. 57), включенном в цепь катода, в результате чего последний становится положительным по отношению к сетке или, иначе говоря, сетка становится отрицательной по отношению к катоду… Поступают ли так же в схемах с транзисторами, создавая падение напряжения на резисторе, установленном на пути коллекторного тока?

Рис. 57. Так в ламповой схеме создается сеточное смещение за счет падения напряжения на резисторе R, введенном в цепь катода.

Л. — Нет, Незнайкин. На этот раз с транзисторами дело обстоит проще, чем с лампами. У лампы анод должен быть положительным, а сетка отрицательной по отношению к катоду. А у транзистора типа р-n-р и коллектор, и база должны быть отрицательными по отношению к эмиттеру.

Н. — Точно так же у транзистора типа n-р-n и коллектор, и база должны быть положительными по отношению к эмиттеру. Я понял: для того чтобы база имела нужное напряжение, достаточно воспользоваться делителем напряжения из двух резисторов, присоединенным к той же батарее, от которой питается цепь коллектор — эмиттер (рис. 58).

Рис. 58. Подача напряжения смещения на базу при помощи делителя напряжения.

Л. — Правильно, мой друг. А чтобы подать на базу переменное входное напряжение, преградив ответвление постоянного тока базы в предшествующие цепи, применяют разделительный конденсатор С. Однако подать на базу необходимое ей смещение можно еще проще с помощью только одного резистора R (рис. 59), присоединив его к тому же полюсу батареи с которым соединен коллектор.

Рис. 59. Довольно часто напряжение смещения создается с помощью резистора R, включенного последовательно с переходом база — эмиттер.

Н. — Я вижу, что происходит. Ты пропускаешь через резистор R ток, идущий от базы к эмиттеру.

Л. — Этот ток, Незнайкин, называется током смещения. Именно он определяет положение рабочей точки на нагрузочной прямой. Так, для точки Р на рис. 51 необходим ток 0,2 мА, или 0,0002 А. Пусть напряжение батареи 9 В, а небольшим сопротивлением эмиттерного р-n перехода можно пренебречь (ты помнишь, что в проводящем направлении сопротивление р-n перехода весьма мало?). Можешь ли ты рассчитать необходимое сопротивление резистора R?