Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы

Мы с вами затратили немало времени на то, чтобы выяснить, как устроены и как работают полупроводниковые приборы. Сейчас, пожалуй, уже можно считать, что цель достигнута, что суть дела более или менее ясна. Однако, несмотря на это, мы по собственной инициативе пойдем на еще одну трудную операцию. После нее эта самая «суть дела» наверняка станет для вас не просто более или менее ясной, а такой же бесспорной, такой же привычной, как, скажем, восход солнца или падение камня. Нашей новой операции можно смело присвоить шифр «Видел сам».

Человек так устроен, что он всегда немножко не верит даже самым убедительным словам, самым логичным рассуждениям. (Может быть, это защитная реакция, связанная с тем, что мы нередко ошибаемся, принимая безошибочные, казалось бы, решения, делая бесспорные на первый взгляд выводы?) Лучший способ борьбы с этим своим внутренним неверием, лучший способ определения истинной ценности слов, идей, рассуждений — это эксперимент, испытание на опыте, проверка делом. Вот почему следующие два раздела книги полностью посвящены делам: это своего рода руководство к практическим занятиям. Мы проделаем несколько простейших опытов и попытаемся практически доказать, что диод действительно выпрямляет, а транзистор усиливает.

Начнем с диода.

Есть несколько простейших опытов, доказывающих, что полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью и что все наши рассказы о «великолепных четверках» германия и кремния, об электронах и дырках, донорах и акцепторах, основных и неосновных носителях, о «маневрах» электрических зарядов на границе между пир зонами диода и о многих других чудесах, — что все это истинная правда.

Вот один из таких простейших опытов. Возьмите обычный абонентский громкоговоритель (громкоговоритель радиоточки) и, подключив его к батарейке карманного фонаря, попробуйте периодически разрывать цепь, проще говоря — попробуйте подергать один из соединительных проводов (рис. 41). Вы услышите в громкоговорителе щелчки. Батарейка дает постоянный ток, под действием которого громкоговоритель не создает звука, но в момент подключения батарейки к громкоговорителю или ее отключения ток в цепи меняется (от нуля или до нуля). Толчки тока заставляют диффузор колебаться и создавать звук.

Рис. 41. Используя в качестве индикатора громкоговоритель или лампочку, можно на опыте убедиться в односторонней проводимости полупроводникового диода.

Введем в нашу цепь любой полупроводниковый диод. Будут ли теперь слышны щелчки при размыкании и замыкании цепи? Это зависит от того, как включен диод. Если он включен в прямом направлении и пропускает ток, то пощелкивание будет продолжаться. А если диод включен в обратном направлении, то никаких щелчков вы не услышите: диод легко пропускает ток только в одну сторону. При обратном включении диода в цепи появляются очень слабые толчки обратного тока, которые не могут с достаточной силой двинуть диффузор.

Кстати, вместо того чтобы переключать диод, можно изменить полярность батареи.

Еще один опыт — включение диода в цепь лампочки карманного фонаря (рис. 41). Для этого опыта лучше взять плоскостной диод. Во-первых, не всякий точечный диод может выдержать ток, который нужно пропустить через лампочку (50—150 ма). Во-вторых, прямое сопротивление у плоскостного диода меньше, чем у точечного, ток в цепи оказывается несколько больше, и лампочка горит ярче. А вот обратное сопротивление диода во всех случаях настолько велико, что ток в цепи становится очень малым, и лампочка не горит.

Хотя этих двух опытов вполне достаточно для того, чтобы навсегда запомнить, что диод хорошо пропускает ток только в одну сторону, мы все же проделаем еще один эксперимент. Его, правда, лучше бы назвать фокусом: наш следующий опыт настолько интересен, настолько занимателен, что его можно показывать публике, например, на каком-нибудь школьном вечере самодеятельности.

Соберите схему, приведенную на листке А (рис. 41). Здесь Л 1 и Л 2 обыкновенные электрические лампочки небольшой мощности, лучше всего по 25 вт или в крайнем случае по 40 вт. Лампочки рассчитаны на то напряжение, которое действует у вас в сети, — на 127 или на 220 в. Выключатели Вк 1 и Вк 2 — любого типа. В качестве диодов Д л1, Д л2, Д 1 и Д 2 можно использовать все типы плоскостных диодов, у которых I пр больше 150 ма, а U обр=доп больше 200 в, если напряжение сети 127 в, и больше 300 в, если напряжение сети 220 в (диоды приходится рассчитывать на амплитуду напряжения сети, см. стр: 73). Пользуясь таблицами 1 и 3 , находим, что для любого напряжения сети подходят диоды Д7Д, Д7Е, Д7Ж, Д226 и др.

Внимательно проверив правильность соединения диодов (ошибаться здесь нельзя: некоторые ошибки могут привести к одновременной гибели всех четырех диодов!), включите собранную схему в сеть. Теперь можете поочередно замыкать и размыкать выключатели и удивляться. Если замкнут Вк 1 , то горит только лампочка Л 2 , если замкнут Вк 2 — только лампочка Л 1 . Когда замкнуты оба выключателя, то одновременно горят обе лампочки, а если оба выключателя разомкнуты, лампочки не горят. Попробуйте «перевернуть» диоды Д 1и Д 2 , то есть включить их в обратную сторону, и выключатели поменяются ролями: Вк 2 , будет управлять лампочкой Л 2 , а Вк 1 — лампочкой Л 1 .

Как же объяснить столь странное поведение нашей подопытной цепи? Прежде всего нужно вспомнить, что прямое сопротивление диода очень мало, а обратное — очень велико.

Мы подводим к цепи переменное напряжение, и в некоторые моменты параллельно выключателям и лампочкам диоды включены в прямом направлении, а в другие моменты — в обратном. Иными словами, в некоторые моменты параллельно выключателям и лампочкам включены очень небольшие (прямые) сопротивления, а в другие моменты — очень большие (обратные) сопротивления.

Нарисуем график подводимого напряжения и четные полупериоды условно назовем положительными, а нечетные — отрицательными. Будем считать, что положительные полупериоды — это те, во время которых пропускают ток диоды Д л1 и Д 2 , а отрицательные полупериоды — это те, во время которых пропускают ток диоды Д л2 и Д 1. На рисунке положительное направление тока (ток во время положительных полупериодов) показано пунктиром, а отрицательное направление тока — точками.

Предположим, что замкнуты оба выключателя и все напряжение сети подводится только к лампочкам. Во время положительного полупериода диод Д л1 своим малым прямым сопротивлением сильно шунтирует (см. Воспоминание № 8, стр. 145), проще говоря, замыкает накоротко лампочку Л 1 , весь ток идет через этот диод (по пути наименьшего сопротивления), и лампочка Л 1 , естественно, не горит. Зато во время отрицательного полупериода, когда диод Д л1 оказывается включенным в обратном направлении и поэтому обладает очень большим сопротивлением, весь ток идет через лампочку Л 1 и она светится.