Евгений Айсберг - Транзистор?.. Это очень просто!

Рис. 52. Схема применения транзистора в качестве усилителя. Переменное напряжение u бприложено между базой и эмиттером. На выходе на нагрузочном резисторе R нполучают переменное напряжение u к.

Н. — По твоей схеме входное переменное напряжение u б порождает выходное переменное напряжение u к , и я начинаю догадываться почему. Здесь в цепи коллектора происходит то же самое, что и в анодной цепи электронной лампы: мирное сосуществование двух токов. Во-первых, мы имеем постоянную составляющую — средний ток, определяемый рабочей точкой (у лампы — смещением сетки). И, во-вторых, имеется переменная составляющая, определяемая изменением потенциала сетки по отношению к катоду. Полупериоды переменной составляющей входного напряжения то складываются с постоянной составляющей (когда обе составляющие имеют один знак), то вычитаются из нее.

Л. — Действительно, у транзистора происходит аналогичное явление. Батареи Е к- э и Е б-э определяют рабочую точку. Целесообразно установить ее так, чтобы и положительные, и отрицательные полупериоды входного переменного напряжения могли создать максимальные отклонения напряжения коллектора от его среднего значения.

Н. — В этом случае мы должны условиться, что среднее напряжение U к на коллекторе должно быть равно половине напряжения питания Е к- э . В нашем случае это половина от 9 В, т. е. 4,5 В.

Л. — Я ставлю точку на нашей нагрузочной прямой в месте, соответствующем U к = 5 В, это почти середина нашей прямой. Ты сейчас увидишь, что можно выбрать величину, несколько большую половины Е к- э . Теперь, если изменение напряжения база — эмиттер (или, что то же самое, изменение тока базы) определяет изменение тока I к и напряжения U к коллектора, то эти две последние величины всегда оказываются связанными отношением, которое выражает наша прямая.

Н. — Это чересчур философски, и я предпочел бы конкретный пример.

Л. — Хорошо, допустим, что ты прикладываешь между базой и эмиттером переменное напряжение с амплитудой примерно в 20 мВ, которое создаст изменения тока базы с амплитудой в 0,1 мА по одну и по другую сторону от среднего тока, величина которого в точке Р составляет 0,2 мА.

Н. — В результате ток базы изменяется, принимая следующие крайние значения:

0,2 + 0,1 = 0,3 мА и 0,2–0,1 = 0,1 мА.

Л. — Совершенно верно, при первом значении мы достигнем на нашей прямой точки В (где нагрузочная прямая пересекает кривую I б = 0,3 мА), а при втором значении мы дойдем до точки Г (место пересечения с кривой I б = 0,1 мА).

Н. — Значит, мгновенные значения u к и i к колеблются между точками В и Г вдоль нагрузочной прямой, как если бы они качались вокруг точки равновесия Р .

Л. — Правильно, ты видишь, что напряжение коллектора колеблется в обе стороны от точки Р между 3,2 и 6,8 В.

Н. — Следовательно, амплитуда составляет 1,8 В, так как средняя точка Р соответствует напряжению 5 В. И если это происходит при амплитуде напряжения на базе 20 мВ = 0,02 В, то можно ли сделать вывод, что усиление по напряжению составляет 1,8:0,02 = 90 раз?

Л. — Пожалуйста. А каково усиление по току?

Н. — Его рассчитать нетрудно. Между точками В и Р , с одной стороны, и Г и Р — с другой, изменения тока коллектора достигают 7 мА. Происходят же они вследствие изменения тока базы на 0,1 мА. Следовательно, усиление по току составляет 7:0,1 =70 раз.

Л. — Я начинаю думать, что ты, совершая набеги на рыбный магазин, изрядно зарядил свой мозг фосфором… Теперь ты понимаешь, что мощность, которая выражается произведением напряжения на ток, подвергалась усилению в…

Н. — …90 х 70 = 6300 раз. Просто колоссально!

Л. — Совершенно нормально, но я хотел, чтобы ты понял, что амплитуда переменного напряжения на коллекторе не должна превышать 4,5 В. При такой амплитуде значения u к и i к будут перемещаться вдоль всей нагрузочной прямой от точки А до точки Б . Действительно, допустив, что рабочая точка находится строго посередине линии АБ , мы увидим, что один полупериод достигает одного конца этой линии, а другой — противоположной точки.

Н. — Одним словом, это предельные мгновенные значения напряжения коллектора u к ?

Л. — Да, но не следует допускать его падения до нуля (точки Б ), так как характеристики там перестают быть прямыми. Ты видел на рис. 47 и еще более ясно на рис. 49, как резко они изгибаются при малых значениях U к . Вот почему остается зона в несколько долей вольта, именуемая областью насыщен и я, вхождение в которую запрещено из-за искажений.

Н. — А не полезно ли в связи с этим немного сдвинуть точку Р с середины прямой АБ в сторону большего напряжения?

Л. — Конечно, если хотят быть требовательными. Вот почему мы выбрали для этой точки напряжение 5 В [13] 14 На практике различают четыре вида обратной связи, схематически представленные на наших рисунках. Обратная связь может прилагаться к входу усилителя последовательно или параллельно с первоначальным сигналом. Она может порождаться выходным током (обратная связь по току) или напряжением , которое этот ток создаст на выходной нагрузке. Схемы 1 и 4 чаще применяются в однокаскадных усилителях. Схемы 2 и 3 чаще встречаются в усилителях, оканчивающихся трансформатором, причем обратной связью охватывается сразу 2–3 каскада. .

Н. — У меня сложилось впечатление, что 275 Ом в качестве нагрузочного резистора R н ты взял тоже не случайно. Что было бы при ином сопротивлении?

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.