Пауль Хоровиц - Искусство схемотехники. Том 1 [Изд.4-е]

Полевые транзисторы играют столь важную роль в разработке электронных схем, что мы посвящаем им следующую главу нашей книги. Затем, в гл . 4 мы займемся операционными усилителями и обратной связью. В этих трех трудных начальных главах излагаются основополагающие сведения и мы призываем читателя проявить терпение, которое вознаградится многократно, когда в последующих главах мы приступим к изучению таких интереснейших тем, как разработка на основе операционных усилителей и цифровых интегральных схем.

Рассмотрим несколько примеров транзисторных схем, которые иллюстрируют основные идеи, изложенные в настоящей главе. Круг этих примеров ограничен, так как в реальных схемах часто используют отрицательную обратную связь, которую мы будем изучать в следующей главе.

На рис. 2.75 показана очень распространенная схема. Ток резистора R 1 открывает транзистор Τ 1 . Когда напряжение на выходе достигает значения 10 В, транзистор Τ 2 переходит в открытое состояние (потенциал базы достигает 5 В) и дальнейшее увеличение выходного напряжения предотвращается за счет отвода избытка тока с базы транзистора Τ 1 . Источник питания можно сделать регулируемым, если резисторы R 2 и R 3 заменить потенциометром. По сути дела, это пример схемы с отрицательной обратной связью: Т2 «следит» за состоянием выхода и «предпринимает соответствующие меры», если величина выходного напряжения отличается от нужной.

Рис. 2.75. Стабилизированный источник напряжения с обратной связью.

На рис. 2.76 Показана схема регулятора температуры, основанная на использовании термистора — чувствительного элемента, сопротивление которого зависит от температуры.

Рис. 2.76. Терморегулятор для нагревателя мощностью 50 Вт.

Дифференциальная схема на составных транзисторах Т 1 - Т 2 сравнивает напряжение, формируемое регулируемым делителем эталонного напряжения на резисторах R 4 - R 6 , с напряжением, которое снимается с делителя, образованного термистором и резистором R 2 . (Если производить сравнение относительно одного и того же источника, то результат не будет зависеть от колебаний напряжения источника; приведенная схема называется мостиком Уитстона.) Токовое зеркало на транзисторах Т 5, Т 6 является активной нагрузкой и служит для увеличения коэффициента усиления, а токовое зеркало на транзисторах Т 7, Т 8 обеспечивает эмиттерный ток. Транзистор Т 9 сравнивает выходное напряжение дифференциального усилителя с фиксированным напряжением и переводит в насыщение составной транзистор Т 10, Т 11 , который таким образом подает мощность на нагреватель в случае, если термистор охлажден слишком сильно. Выбор сопротивления резистора R 9 зависит от требующегося тока. В данной схеме этот резистор включает защитный транзистор Т 12 , если величина выходного тока превышает 6 А; тем самым отключается сигнал с базы составного транзистора Т 10, Т 11 и предотвращается выход схемы из строя.

На рис. 2.77 представлена схема, которая решает задачу, рассмотренную в разд. 1.32 : включение звуковой сигнализации (звонка) при условии, что одна дверца машины открыта и водитель находится за рулем.

Рис. 2.77. В этой схеме «сторожа» и диоды, и транзисторы образуют схему цифрового логического «затвора».

В приведенной схеме все транзисторы работают как переключатели (находятся в режиме отсечки или насыщения). Диоды Д 1 и Д 2 образуют так называемую схему ИЛИ, которая выключает транзистор Т 1 , если одна из дверц открыта (переключатель замкнут). Однако потенциал коллектора Т 1 сохраняет значение, близкое к потенциалу земли, и предотвращает включение звукового сигнала, если не замкнут переключатель П 3 (водитель находится за рулем); при выполнении последнего условия резистор R 2 обеспечивает включение транзистора Т 3 и на звонок подается напряжение 12 В.

Диод Д 3 обеспечивает падение напряжения, благодаря которому транзистор Т 1 будет выключен, если замкнуты переключатели П 1 и П 2 , а диод Д 4 предохраняет транзистор Т 3 от индуктивных переходных процессов, возникающих при отключении звонка. Подробно мы рассмотрим логические схемы в гл. 8 .

В табл. 2.1 приведены параметры группы малосигнальных транзисторов, широко используемых на практике, соответствующие им графики зависимости коэффициентов усиления по току от коллекторного тока представлены на рис. 2.78. См. также приложение К .

Рис. 2.78. Графики зависимости коэффициента усиления по току h 21Э от коллекторного тока I Кдля группы транзисторов, параметры которых приведены в табл. 2.1 (по данным фирм-изготовителей). Возможен технологический разброс от изображенных типовых значений в пределах +100 %, —50 %.

На рис. 2.80 показаны два проекта схем с использованием транзисторов.

Рис. 2.80. a— дифференциальный усилитель со смещением, обеспечивающим нулевой температурный коэффициент усиления; б— световой интегратор.

K R К/ r Э; r Э= kT/ qT К; т. е. K I К/ T, I Э T

Как известно, учатся на ошибках, и своих, и чужих. В этом разделе вашему вниманию предложена целая серия грубых ошибок, допущенных при разработке схем (рис. 2.81). Внимательно рассмотрите представленные схемы, подумайте, какие возможны варианты и никогда не делайте подобных ошибок!

Рис. 2.81. a— повторители со связью по переменному току;