Транзистор?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

Н. — Чудесно! Вот схема, которая сделает моего дядю счастливым!

Л. — Боюсь, что нет, так как насколько лучи тропического солнца будут благотворны для дяди, настолько они будут вредны для радиоприемника.

Н. — Ах, да! Я забыл о неприятностях, которые влечет нагрев полупроводниковых приборов. Может быть, следовало бы положить пузырь со льдом на приемник? А для начала скажи мне, как сказывается на работе радиоприемника увеличение тока транзисторов, вызываемое повышением температуры.

Л. — Я дал себе слово не говорить сегодня о характеристиках, которыми ты, кажется, изрядно насыщен. Просто представь себе, Незнайкин, что начальный ток коллектора удваивается при каждом повышении температуры на 8 °C, следовательно, при повышении температуры от нуля до +40 °C ток может увеличиться в 32 раза. Эго значит, что все выходные характеристики резко сместятся вверх. В результате рабочая точка (которая, позволь тебе напомнить, лежит при пересечении нагрузочной прямой с одной из коллекторных характеристик), влекомая общим передвижением характеристик вверх, переместится влево, вместо того чтобы находиться посередине нагрузочной прямой. Прощай тогда наша красивая симметрия! Прощай исключительная линейность усиления…

Н. — Какое бедствие! Ты меня сразил…, но не слишком, ибо я знаю твой метод: ты повергаешь меня в самую глубокую скорбь, а затем, как фокусник, вытаскивающий из цилиндра кролика, предлагаешь мне средство, которое спасает положение. Ну, так вытаскивай своего кролика!

Л. — Ты уже знаком с ним: нас еще раз спасет обратная связь. Являясь эффективным средством борьбы с искажениями, она поможет нам и в предотвращении медленных изменений режима питания, вызываемых влиянием температуры.

Н. — Значит, рассмотренные нами схемы обратной связи одновременно служат и для компенсации влияний температуры.

Л. — В известной мере да, когда они создают обратную связь и по постоянному току (схемы, показанные на рис. 61, б и 62, к этому случаю не относятся). Но в принципе для этой цели нужна более глубокая обратная связь.

Н. — Но тогда она будет слишком сильной для наших усиливаемых сигналов и чрезмерно снизит их усиление. Какой выход можешь ты предложить из этой «пиковой» ситуации?

Л. — Оставим в стороне сопротивления обратной связи, корректирующие усиливаемые сигналы, и займемся сопротивлениями, компенсирующими влияние температуры. В этом случае можно воспользоваться последовательной обратной связью, выполненной вот по такой схеме (рис. 63).

Рис. 63. Схема температурной стабилизации рабочей точки за счет последовательной обратной связи по постоянному току.

Н. — Но я не замечаю существенного отличия от прежней схемы последовательной обратной связи для переменной составляющей напряжения: ты добавил только один конденсатор С.

Л. — Но это именно та «маленькая деталь», которая изменяет все. Этот конденсатор (обычно электролитический) имеет большую емкость и представляет для переменных токов значительно меньшее препятствие, чем резистор Ro.c. Поэтому через резистор Ro.c будет проходить только постоянная составляющая тока, и только она будет подвержена влиянию обратной связи.

Н. — Просто и остроумно, как яйцо Христофора Колумба. Но что делать, если мы одновременно пожелаем иметь обратную связь и по переменной составляющей?

Л. — Ничто не мешает нам включить в точке А последовательно с резистором Ro.c другой резистор обратной связи, который мы не будем блокировать конденсатором.

Н. — Это очевидно. А можно ли для стабилизации рабочей точки применить параллельную обратную связь по напряжению?

Л. — Разумеется, но тогда убирают конденсатор, который мы раньше включали как раз для того, чтобы не пропустить постоянную составляющую. На базу подают одновременно часть переменного и постоянного напряжения коллектора (рис. 64).

Рис. 64. Схема температурной стабилизации рабочей точки за счет параллельной обратной связи.

Н. — Но я не вижу здесь второго плеча делителя напряжения, который должен использоваться для достижения этой цели.

Л. — И это не случайно. Его функции выполняет входное сопротивление транзистора (сопротивление промежутка база — эмиттер).

Если же ты хочешь создать параллельную обратную связь только по постоянному току, то и здесь можно с помощью конденсатора устранить обратную связь по переменной составляющей, если составить сопротивление Rо. с из двух последовательно соединенных резисторов Rо. с1 и Rо. с2 (рис. 65).

Рис. 65. Та же схема, что и на рис. 64, но с развязкой переменной составляющей.

Н. — Но вернемся к моему дяде; если я правильно понял, то можно скомпенсировать влияние температуры на схему усилителя (рис. 62), включив резисторы в точках А и Б.

Л. — Совершенно верно. При этом первое из них следует заблокировать конденсатором большой емкости, чтобы оно не усиливало чрезмерно обратную связь по переменному току…

Но я еще не рассказал тебе об одном очень остроумном методе устранения неблагоприятной реакции полупроводниковых приборов на изменения температуры. Метод заключается в использовании самого тепла для борьбы с его влиянием.

Н. — Ты это серьезно? Уж не хочешь ли ты стать гомеопатом, чтобы лечить одно зло другим?

Л. — Именно так и следует меня понимать. Если нагревание увеличивает ток через полупроводник, то это означает, что при повышении температуры его сопротивление понижается. Значит, из полупроводниковых материалов можно сделать резистор, сопротивление которого быстро падает при повышении температуры. Вот характеристика одного из таких резисторов, называемых терморезисторами (рис. 66). Ты видишь, что когда температура повышается, скажем, от 20 до 40 °C, то сопротивление термистора снижается примерно на 45 %.

Рис. 66. Изменение сопротивления терморезистора в зависимости от температуры.

Н. — Я спрашиваю тебя, как ты используешь плохо переносящий жару резистор для нейтрализации причиняемого жарой вреда.

Л. — Очень просто. Я включаю его в делитель напряжения, подающий смещение на базу (рис. 67). Верхнее плечо делителя образует обычный резистор R1. Другое плечо состоит из терморезистора, зашунтированного резистором R3 и включенного последовательно с резистором R2. Что же происходит при повышении температуры?

Рис. 67. Компенсация влияния температуры с помощью терморезистора, управляющего потенциалом базы.

Н. — Сопротивление терморезистора уменьшается, и это вызывает снижение сопротивления всего нижнего плеча, состоящего из R2, R3 и терморезистора. Поскольку сопротивление резистора R1 верхнего плеча не уменьшается (а может быть, даже несколько увеличивается при повышении температуры), потенциал базы становится менее отрицательным. Это вызывает уменьшение тока коллектора. Вот здорово!

Л. — Как видишь, высшее искусство в жизни заключается в том, чтобы превратить недостатки вещей в положительные качества, что мы здесь и сделали.

Н. — Но зачем ты усложнил схему, введя в нее резисторы R2 и R3?

Л. — Это сделано для осуществления точной компенсации. Нужно, чтобы сопротивления резисторов были рассчитаны соответствующим образом. Иногда можно убрать то или иное из них, если характеристика терморезистора точно соответствует нашим задачам.

Н. — Я чувствую, что мое собственное сопротивление падает, так как мой мозг слишком перегрелся.

Л. — Ну, тогда оставим его в покое.

Беседа девятая