Транзистор?.. Это очень просто!

Айсберг Евгений Давыдович

Одна прямая среди кривых

Л. — Попытаемся навести в этом порядок. Возьмем транзистор малой мощности, скажем, на 75 мВт. Посмотри на его кривые (рис. 51), где проведена и прерывистая линия, обозначающая предельную мощность, которую не следует превышать. Предположим, что батарея Е_к-э,

питающая коллектор, имеет напряжение 9 В. Скажи, при каких условиях такое же напряжение мы обнаружим на коллекторе?

Рис. 51. Характеристики транзистора малой мощности и линия нагрузки.

Н. — Если не происходит никакого падения напряжения на сопротивлении R_н, т. е. если ток I_к равен нулю.

Л. — Ну вот, это условие мы и обозначим на нашем графике первой точкой А, где U_к = 9 В и I_к = 0. Теперь допустим, что сопротивление R_н = 275 Ом. Можешь ли ты рассчитать, при каком значении коллекторного тока на этом резисторе упадет все напряжение, так что на самом коллекторе не будет никакого напряжения?

Н. — Разумеется, применяя закон Ома, я могу найти ток I_к, который на резисторе R_н = 275 Ом создаст падение напряжения в 9 В и полностью погасит напряжение батареи Е_к-э:

Л. — Прекрасно! Это позволяет нам поставить вторую точку Б, где U_к = 0 и I_к = 32,5 мА. Нам остается теперь только взять линейку и соединить наши точки А и Б прямой линией, которая будет называться нагрузочной прямой для сопротивления нагрузки в 275 Ом.

Н. — Изрядно же мы продвинулись вперед! Я совершенно не вижу, что дает нам эта нагрузочная прямая. Начать хотя бы с того, например, как ток коллектора может достичь 32,5 мА, если в этот момент на коллекторе нет никакого напряжения.

Л. — Твое смущение вызвано тем, что ты не делаешь различия между статическими и динамическими характеристиками. Первые показывают, как изменяются интересующие нас напряжения и токи при отсутствии в цепи коллектора сопротивления нагрузки. Такие характеристики мы рассматривали во время предшествующей беседы. Сегодня же мы выясним, что происходит, когда в цепь коллектора включено нагрузочное сопротивление и, кроме того, ко входу, т. е. между базой и эмиттером, приложено переменное напряжение u_б (рис. 52). Теперь следует говорить о динамических характеристиках, и проведенная нами нагрузочная прямая позволяет их определить.

Рис. 52. Схема применения транзистора в качестве усилителя. Переменное напряжение u_б приложено между базой и эмиттером. На выходе на нагрузочном резисторе R_н получают переменное напряжение u_к.

Две

составляющие

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.

Качели

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.