Транзистор?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

Н. — Все это я хорошо запомнил. Можно ли мне обратиться в путешествие и попытаться проанализировать схему с ОБ? Входное напряжение здесь также прикладывается между эмиттером и базой, но на этот раз роль входного электрода выполняет эмиттер, а база остается пассивной. Если входной сигнал вызывает увеличение положительного потенциала эмиттера относительно базы, то ток базы увеличивается, возрастает и ток коллектора; в результате падение напряжения на сопротивлении нагрузки также увеличивается, а выходной потенциал становится более положительным. Напряжение на выходе в этом случае усилено.

Н. — Здесь кое-что меня смущает. Во входной цепи мы имеем ток эмиттера Iэ, а в выходной — только ток коллектора, который несколько меньше, так как ток эмиттера (это отчетливо видно на рисунке) делится на два тока: ток базы Iб и ток коллектора Iк. А что верно для токов, то верно и для их небольших изменений. Следовательно, усиление[15] по току, т. е. отношение малых изменений выходного тока ΔIк к малым изменениям входного тока ΔIэ, меньше единицы, так как ток Iэ больше тока Iк. Это, скорее, ослабление, а не усиление.

Л. — Да, и его обозначают буквой α, а в схеме с ОЭ усиление по току обозначается буквой β.

Н. — По-моему, нелогично давать первую букву греческого алфавита схеме, которая реже применяется.

Л. — Это имеет свои исторические причины, мой друг. На заре транзисторов были известны только точечные типы транзисторов, и только схема с ОБ позволяла стабильно применять эти приборы.

Н. — Значит, схема с ОБ не представляет никакого интереса, так как она, вместо того чтобы усиливать сигнал, ослабляет его.

Л. — Вот опасности выводов столь же поспешных, как и окончательных, так характерных для молодого поколения…

Схема с ОБ во многих случаях представляет интерес. Она облегчает построение наиболее высокочастотных усилителей, причем обеспечивает неплохое усиление.

Н. — Ты что смеешься надо мной, называя усилением коэффициент меньше единицы?..

Л. — Успокойся, мой друг. Ведь это было сказано применительно к усилению по току. Но обычно нас интересует усиление по мощности. А в этом смысле положение более чем удовлетворительное. Чтобы ты мог убедиться в этом сам, я должен тебе сказать, что входное сопротивление схемы с ОБ очень мало и на практике составляет несколько десятков ом.

Н. — Ничего удивительного для меня в этом нет, потому что оно определяется отношением малых изменений напряжения на входе к вызываемым им изменениям тока. В отличие от схемы с ОЭ здесь мы имеем дело с током эмиттера, а он изменяется очень сильно, следовательно, отношение имеет очень малую величину.

Л. — Ты хорошо рассудил, Незнайкин. Но в противовес входному сопротивлению выходное сопротивление для схемы с ОБ может быть очень большим — порядка мегаома.

Н. — Какой же я глупец! Я только сейчас понял, что изменения выходного типа хотя примерно и равны изменениям входного тока, но на большом выходном сопротивлении создают напряжения, во много раз превышающие напряжение сигнала, приложенного к низкоомному входному сопротивлению. Действительно, мы должны иметь хорошее усиление по напряжению.

Л. — Да, это усиление может достигать нескольких тысяч раз, а поэтому мы можем также получить хорошее усиление по мощности. К несчастью, этим нельзя должным образом воспользоваться.

Н. — Ты, Любознайкин, подвергаешь меня настоящему шотландскому душу — бросаешь из жары в холод. Едва только схема с ОБ была реабилитирована, как ты начинаешь ее дискредитировать. Почему?

Л. — Потому что после нашего каскада с ОБ могут следовать другие, у которых входное сопротивление намного меньше, чем выходное сопротивление у схемы с ОБ, что приведет к потере выигрыша в усилении, полученного благодаря этому высокому выходному сопротивлению.

Н. — На этот раз с меня хватит! Я не хочу больше слышать об этой проклятой схеме с ОБ. И я надеюсь, что схема с ОК будет менее обманчивой.

Л. — Прежде чем приступить к анализу этой схемы, я хочу заметить, что на практике встречаются два варианта ее построения. В одном из них батарея питания коллектора находится между общим проводом (заземлением) и коллектором (рис. 77), а во втором — между нагрузочным сопротивлением и общим проводом, с которым коллектор соединен непосредственно (рис. 78). Во втором варианте база автоматически получает смещение по отношению к эмиттеру.

Рис. 77. Способ смещения для схемы, показанной на рис. 76.

Рис. 78. Возможный вариант схемы с общим коллектором, отличающийся от приведенной на рис. 76 схемы местом включения источника коллекторного напряжения.

Н. — Тогда в первом варианте нужно иметь специальную батарею смещения?

Л. — Совсем нет. Простой резистор Rсм, установленный между базой и отрицательным полюсом батареи, выполнит эту задачу точно так же, как это имеет место в схеме с ОЭ. Пользуясь случаем, я привожу также практическую схему смещения для схемы с ОБ (рис. 79).

Рис. 79. Способ смещения для схемы, показанной на рис. 75.

Н. — К великой радости продавцов батарей, я предпочел бы иметь две батареи, как это показано на наших теоретических схемах… Но вернемся к схеме с ОК. В этом случае, как я вижу, при усилении тоже не происходит изменения фазы: более отрицательный потенциал на базе увеличивает ток эмиттера, что вызывает большее падение напряжения на нагрузочном резисторе и верхний конец его становится более отрицательным (рис. 77) или, что одно и то же, менее положительным (рис. 78).

Л. — О да, Незнайкин, из наших трех схем только схема с ОЭ изменяет фазу усиливаемого напряжения. Разберем теперь, какое усиление по току можно получить в схеме с ОК.

Н. — На входе этой схемы мы имеем ток базы, который, как и всегда, очень мал, а на выходе мы получим самый большой из трех токов — ток эмиттера. Следовательно, эта схема должна дать еще большее усиление по току, чем схема с ОЭ. Нет ли у тебя возражений, если я вновь прибегну к греческому алфавиту и обозначу это усиление буквой γ (гамма)[16]?

Л. — Я не думаю, чтобы греки возразили против такого решения. Ты в восторге, и я вижу, тебе не терпится поскорее познакомиться с этой так хорошо усиливающей схемой, но мне вновь придется охладить твой юношеский пыл.

Н. — Я чувствую, что ты нанесешь мне жестокий удар, заявив, что здесь внутренние сопротивления имеют противоположное значение, чем в схеме с ОБ, и что поэтому наше прекрасное усиление по току нам ничего не дает.

Л. — Я не скрываю от тебя эту печальную истину. Как в ламповой схеме катодного повторителя, так и в схеме с ОК для транзисторов входное сопротивление может достигать 1 МОм, тогда как выходное сопротивление составляет всего лишь несколько десятков ом.

Н. — Прямая противоположность схеме с ОБ! Значит, мы не выигрываем ничего ни по напряжению, ни по мощности.

Л. — Ничего, Незнайкин, или почти ничего. Впрочем, ты мог сам прийти к такому выводу, заметив, что сопротивление нагрузки в этой схеме создает очень сильную отрицательную обратную связь. Когда полупериод сигнала стремится сделать базу отрицательной по отношению к эмиттеру, повышая ток последнего, то это увеличение тока делает эмиттер более отрицательным, что препятствует действию сигнала на входе.

Н. — Для чего же применяется эта схема, которая не может дать нам никакого усиления по напряжению?

Л. — Она используется в некоторых случаях, когда необходимо получить большой ток, например, для раскачки мощного транзистора или же когда низкое выходное сопротивление необходимо для лучшего согласования с сопротивлением нагрузки, например, при непосредственном включении звуковой катушки громкоговорителя.

Н. — Я еще раз убеждаюсь в справедливости старинной истины о золотой середине. У транзисторов этой золотой серединой бесспорно является схема с ОЭ, где входное и выходное сопротивления имеют добрые средние значения, что позволяет получить подходящее усиление как по току, так и по напряжению, и по мощности.