Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич (читать книги полные .TXT) 📗
Выходные характеристики транзистора в схеме ОБ и ОЭ также очень похожи, если не считать некоторых, как правило, второстепенных отличий. Одно из таких отличий — более резкий подъем выходных характеристик, который говорит о том, что Iк несколько сильнее зависит от коллекторного напряжения, чем в схеме ОБ. Поэтому-то с увеличением Uэк (теперь выходные характеристики уже показывают зависимость Iк от напряжения между эмиттером и коллектором) коллекторный ток растет сильнее, чем в схеме ОБ он рос с увеличением Uбк.
И все же общее, результирующее влияние коллекторного напряжения на коллекторный ток остается очень небольшим, а выходные характеристики схемы ОЭ идут достаточно полого. А поэтому и выходное сопротивление транзисторов в схеме ОЭ хотя и меньше, чем в схеме ОБ, но также остается очень большим, достигая десятков и сотен килоом (рис. 68).
Вот другое отличие выходных характеристик схем ОЭ и ОБ. В схеме ОЭ коллекторный ток прекращается при нулевом напряжении на коллекторе, а чтобы прекратить коллекторный ток в схеме ОБ, нужно было подать на коллектор очень небольшой «плюс». Из-за того, что выходные характеристики в схеме ОЭ начинают загибаться при более высоком напряжении на коллекторе, запрещенная зона «Искажения» для этой схемы оказывается несколько больше.
И, наконец, третье отличие. При нулевом управляющем напряжении Uэб коллекторный ток в схеме ОБ — он называется сквозным или начальным током коллектора и обозначается Iк-н — значительно больше, чем неуправляемый ток Iк0 в схеме ОБ. Это опять-таки связано с тем, что некоторая часть коллекторного напряжения приложена к эмиттерному переходу и отпирает его, даже если внешнее управляющее напряжение равно нулю.
Все перечисленные отличия в принципе не меняют «взаимоотношений» между коллекторным током Iк, напряжением на нагрузке Uн и на коллекторе Uэк, эмиттерным током Iэ, напряжением сигнала Uсиг, смещением Uсм и сопротивлением нагрузки Rн. А поэтому выводы, сделанные нами на основании анализа входных и выходных характеристик схемы ОБ (рис. 64), в основном остаются в силе и для схемы ОЭ.
Итак, наш «фокус» удался — перевод источника сигнала в цепь базы в принципе не изменяет работы транзистора. Теперь остается доказать, что игра стоит свеч, что включение транзистора по схеме ОЭ каким-то образом улучшает параметры усилительного каскада.
По сравнению со схемой ОБ у схемы ОЭ есть три основных достоинства. Все они связаны с тем, что по входной цепи схемы ОЭ (то есть через источник усиливаемого сигнала) протекает ток базы, который во много раз меньше эмиттерного тока во входной цепи схемы ОБ (рис. 69).
Рис. 69. Коэффициент усиления тока в схеме ОЭ—β, по сути дела, показывает, во сколько раз мы разгрузили входную цепь при переходе от схемы ОБ к схеме ОЭ.
Благодаря резкому уменьшению тока во входной цепи, во-первых, уменьшается потребляемая в ней мощность, то есть мощность, которую должен отдать усилителю не кто иной, как слабый усиливаемый сигнал. Во-вторых, благодаря уменьшению тока возрастает входное сопротивление, а это, как мы вскоре увидим, резко облегчает согласование усилителя с источником сигнала. И, наконец, третье: поскольку ток базы, который теперь должен создать источник сигнала во много раз меньше эмиттерного, а значит, и коллекторного тока, то схема ОЭ дает не только усиление по напряжению, как схема ОБ, но еще и усиление по току. А в итоге усиление по мощности у схемы ОЭ оказывается значительно больше, чем у схемы ОБ.
Чтобы количественно оценить все выгоды, которые дает схема ОЭ, вводят еще один параметр транзистора — коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером. Этот коэффициент обозначают буквой β (греческая «бета»; существует несколько разновидностей этого коэффициента: одни из них обозначают буквой В, другие — буквой β). Коэффициент β должен показать, во сколько раз мы разгрузили источник сигнала при переводе его из эмиттерной цепи в цепь базы, то есть коэффициент β показывает, во сколько раз при одном и том же управляющем напряжении ток базы меньше, чем ток эмиттера, или, что почти то же самое (токи Iэ и Iк примерно равны), во сколько раз Iб меньше, чем Iк. Определив, например, по входным характеристикам, что при Uэб = 200 мв, Iб = 600 мка, (0,6 ма), а Iэ = 6 ма (рис. 54), легко подсчитать, что β = Iэ:Iб = 10. Но это примерное, упрощенное определение коэффициента β.
Точное значение коэффициента усиления по току β можно получить, если при неизменном коллекторном напряжении Uэк изменять управляющее напряжение Uэб и одновременно следить за тем, как изменяются два тока — ток во входной цепи (то есть Iб) и ток в выходной цепи (то есть Iк). Затем, определив прирост того и другого тока ΔIб и ΔIк, находим β как их отношение β = ΔIк:ΔIб (рис. 72).
Иными словами, точнее (динамическое) значение β показывает, во сколько раз при одном и том же изменении управляющего напряжения Uэб изменения выходного тока ΔIк оказываются больше, чем изменения входного тока ΔIб. Так, например, определив по входным характеристикам (рис. 54), что при изменении Uэб от 200 мв до 250 мв ток базы увеличился на 400 мка (0,4 ма), а ток коллектора примерно на 4 ма, легко найти β как отношение этих приростов: β = 4: 0,4 = 10.
Упрощенное определение коэффициента β, как правило, очень близко к «официальной», измеренной по всем правилам его величине. И это вполне понятно. Во-первых, коллекторный ток почти равен эмиттерному, и с каким бы из этих токов мы ни сравнивали ток базы Iб, результат будет примерно одинаковым. Во-вторых, все токи транзистора «пляшут под дудку» управляющего напряжения — во сколько увеличится или уменьшится Uэб, во столько же раз приблизительно увеличатся или уменьшатся сразу все три тока Iэ, Iб, Iк. Поэтому-то сравнивать приросты этих токов почти то же самое, что сравнивать и сами токи при одном и том же значении Uэб. На сравнении тока базы с током коллектора основано измерение коэффициента усиления по току β в простейших любительских приборах (рис. 70). Существуют простые приборы и для более точного определения β путем сравнения прироста ΔIк с ΔIб.
Рис. 70. Примерную величину коэффициента β можно определить с мощью простейших самодельных приборов.
Хотя обычно при определении коэффициента усиления по току мы сравниваем ток базы с током коллектора, этот коэффициент, как уже было сказано, очень хорошо характеризует изменения, которые произошли во входной цепи при переходе от схемы ОБ к схеме ОЭ. Конкретно β показывает, во сколько раз уменьшился ток в цепи источника сигнала (входная цепь усилителя) после того, как по этой цепи стал проходить ток базы вместо тока эмиттера. А показывая уменьшение входного тока, коэффициент β количественно определяет изменение параметров усилителя при переходе к схеме ОЭ.
