Шаг за шагом. Транзисторы - Рудольф Сворень

Прежде чем учиться читать конкретные, практические схемы, полезно познакомиться с некоторыми общими, абстрактными решениями, с некоторыми принципами построения схем. Один из таких принципов — это разделение цепей постоянного и переменного тока, которое осуществляется, например, для того, чтобы элементы этих цепей не оказывали вредного влияния друг на друга. Сейчас на примере входных и выходных цепей транзисторного усилителя мы попытаемся выяснить, чем вызвано, что дает и как осуществляется такое разделение. Но еще перед этим придется попутно решить небольшую задачу, связанную с питанием самого транзистора.

До сих пор в наших схемах работало два источника постоянного тока — коллекторная батарея Бк и батарея смещения Бсм. Однако в реальных схемах этот «дуэт» встречается редко. При разработке схем всегда стараются выбросить батарею смещения и обойтись одной коллекторной батареей. О том, что так можно поступить, говорят цифры: напряжение на коллекторе обычно составляет 4—12 в, а напряжение смещения, как правило, лежит в пределах от 0,1 в до 0,5 в. Значит, задача сводится к тому, чтобы просто уменьшить напряжение и получить необходимое смещение от коллекторной батареи, не освобождая ее при этом от основных обязанностей.

На рис. 75 приведены три упрощенные схемы, показывающие, каким образом коллекторная батарея практически может выполнять работу по совместительству — как она может одновременно с питанием коллекторной цепи еще и создавать смещение в схеме ОЭ (листок а), в схеме ОБ (листок б) и в схеме ОК (листок в).

Рис. 75. Отрицательное смещение на базу можно подать от коллекторной батареи, разделив при этом постоянную и переменную составляющие входного тока.

В схеме ОЭ проще всего получить смещение от коллекторной батареи, если ее «минус» через добавочный резистор соединить с базой. При этом резистор Rб вместе с сопротивлением Rэб эмиттерного pn-перехода образует делитель, на котором распределяется все напряжение коллекторной батареи Ек. На долю самого эмиттерного перехода приходится некоторая часть Ек,а именно — напряжение Uсм, нужную величину которого можно установить подбором резистора Rб. Чем больше сопротивление Rб, тем меньшая часть общего напряжения достается эмиттерному переходу, тем меньше Uсм (рис. 76).

Рис. 76. Изменяя сопротивление резистора, через который на базу подается «минус», можно установить нужное начальное смещение.

Итак, подбором резистора Rб в цепи базы мы можем установить нужное по величине смещение. Но не напрасны ли будут наши старания? Попадает ли это смещение на базу в нужной полярности? Окажется ли на базе «минус» относительно эмиттера?

«Плюс» коллекторной батареи оказывается подключенным к эмиттеру, самой нижней точке делителя, образованного резистором Rб и эмиттерным переходом. На всех более высоких точках этого делителя действует «минус» относительно этой самой нижней точки. А это, в свою очередь, означает, что напряжение Uсм приложено «плюсом» к эмиттеру и «минусом» к базе, то есть именно так, как должно быть приложено к эмиттерному переходу отпирающее его начальное смещение.

Примечание. При разборе схем часто пользуются выражениями «вверху», «внизу», «вправо», «влево», которые, разумеется, можно относить лишь к данному конкретному изображению. Эти выражения нужны для того, чтобы как можно проще и как можно короче рассказать о полярности тех или иных напряжений или направлений тех или иных токов. Однако найденные таким простейшим способом полярности напряжений и направления токов существуют в действительности. Если вы, например, определите на схеме-чертеже, что в точке а действует «плюс» относительно расположенной вправо от нее точки б и если вы в реальной, смонтированной схеме найдете эти точки, то а действительно будет иметь «плюс» относительно б, но уже, конечно, при любом их взаимном расположении. А если вы определите, что в данной начерченной схеме ток идет налево от точки m к точке n, то и в монтаже ток будет идти в том же направлении — от m к n, но уже, конечно, независимо от того, где будет «право», а где «лево».

Итак, своеобразный делитель из Rб и Rэб позволяет подать часть коллекторного напряжения на базу в качестве начального отрицательного смещения. Аналогично с помощью делителя напряжения можно получить смещение от коллекторной батареи и в схеме ОБ (рис. 75, листок б). Только здесь элементом делителя, на котором образуется Uсм, является уже не Rэб, а специально введенный в схему резистор R'д. Меняя соотношение между элементами делителя — резисторами R'д и R''д, можно менять и само смещение. Чем больше R'д сравнению с R''д, тем большая часть общего напряжения Ек достается участку база — эмиттер, тем, следовательно, больше Uсм. В схеме ОБ полярность полученного смещения тоже станет такой, какой она и должна быть: «плюс» приложен к эмиттеру, «минус» — к базе.

Почти так же, как и в схеме ОЭ, может быть получено смещение и в схеме ОК (листок в). Здесь, правда, коллекторное напряжение Ек распределяется на делителе, состоящем уже из трех участков: из добавочного сопротивления Rб, сопротивления эмиттерного рn-перехода Rэб и сопротивления нагрузки Rн. Но это не меняет существа дела: участку эмиттер — база, так же как в схеме ОЭ, достается некоторое напряжение Uэб нужной полярности («плюс» на эмиттере, «минус» на базе), которое и является смещением. Величину напряжения Uэб можно установить, подбирая сопротивление Rб. Однако в схеме ОК при этом возникают некоторые «побочные явления»: одновременно с изменением смещения меняется и постоянное напряжение на нагрузке, а значит, и напряжение Uбк, которое после дележа достается «хозяину» батареи Бк — коллектору. Точно так же при изменении самой нагрузки меняется и доля коллекторного напряжения, которая достается сопротивлению эмиттерного pn-перехода, то есть меняется смещение.

Все три схемы, о которых только что шла речь, — это упрощенные схемы, причем в них сделано несколько упрощений. Самое серьезное, пожалуй, заключается в том, что введение новых цепей смещения сделано без учета параметров источника сигнала. А может так получиться, что этот источник либо нарушит нормальную работу цепи смещения, либо, наоборот, сам окажется ее жертвой. Собственно говоря, нам и раньше следовало обратить внимание на то, как уживутся в общей входной цепи источник сигнала и источник смещения. Ну, а сейчас выяснить возможность и, если понадобится, выработать условия их сосуществования просто необходимо.

Начнем со схемы ОЭ. Вполне вероятно, что источник сигнала обладает очень небольшим сопротивлением для постоянного тока (если, например, напряжение Uсиг снимается с контурной катушки или тем более с некоторой ее части), сильно шунтирует сопротивление Rэб. При этом общее сопротивление нижней части делителя может уменьшиться во много раз, и для того, чтобы сохранить нужную пропорцию деления напряжения Ек, необходимо будет уменьшить и Rб. В итоге общий ток, который пойдет через делитель RбRэб, возрастет и это, естественно, сократит срок службы коллекторной батареи.

Еще хуже обстоит дело в схеме ОК, где источник сигнала шунтирует резистор Rб, имеющий довольно большое сопротивление (чтобы Uсм было в несколько раз меньше, чем коллекторное напряжение, сопротивление резистора Rб должно быть в несколько раз больше, чем Rэб). В результате такого шунтирования от большого сопротивления резистора не остается и следа (Воспоминание № 8), а напряжение смещения резко возрастает.

Совсем другого рода неприятность может возникнуть в схеме ОБ. Здесь источник сигнала оказывается включенным последовательно с резистором R'д, и он «пожирает» значительную часть входной мощности, которая должна была бы стать достоянием только самого рn-перехода.

Все эти неприятности в принципе могут быть устранены довольно просто — достаточно с помощью простейших RC фильтров отделить источник сигнала от источника смещения, разделить во входной цепи переменный и постоянный токи.