Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич (читать книги полные .TXT) 📗

Внимательно познакомившись со схемой ОК, убедимся, что «с ходу» мы приписали ей лишний недостаток — схема действительно не усиливает напряжения, но и почти не ослабляет его. Все дело в том, что сопротивления участков делителя, на который работает источник сигнала, сильно различаются по величине. Сопротивление эмиттерного pn-перехода мало, во много раз меньше, чем сопротивление нагрузки R_н. Поэтому нагрузке достается почти все напряжение сигнала U_сиг, а значит — входное и выходное напряжения усилителя примерно равны.

А что же делает оставшаяся часть сигнала, что делает напряжение U_эб? Оно, как и всякое напряжение, приложенное к эмиттерному переходу, управляет эмиттерным, а значит, и коллекторным током. Таким образом, входной сигнал выполняет свои управляющие функции, хотя, конечно, направляет на это дело лишь небольшую часть своего напряжения.

То, что усилитель, работающий по схеме ОК, не усиливает напряжение, еще не дает оснований называть его ослабителем. Мы уже давно договорились (стр. 92), что об усилении можно судить, только сравнив входную и выходную мощность. А такое сравнение как раз говорит о том, что схема ОК имеет все права называться усилительной. Почти не уменьшая напряжения, схема ОК примерно в β раз усиливает ток, а значит, примерно в β раз усиливает мощность. Правда, нам еще остается доказать, что в схеме ОК ток действительно усиливается в β раз. Но это уже не сложно.

Источник сигнала в схеме ОК, так же, кстати, как и в схеме ОЭ, включен в цепь, по которой проходит ток базы I_б. А по нагрузке, как всегда, проходит ток коллектора I_к, который в β раз больше, чем I_б. Ток базы в схеме ОК проходит по довольно длинному пути (через источник сигнала, нагрузку и эмиттерный переход), но сути дела это не меняет — ток в выходной цепи больше, чем ток во входной цепи, а значит, происходит усиление по току.

Можно сказать, что «в общем плане» схема ОК, которая усиливает ток, но не усиливает напряжение, ничем не хуже схемы ОБ, которая усиливает напряжение, но не усиливает ток. Однако эта разница — ток вместо напряжения — приводит к резкому различию входного и выходного сопротивления схем ОБ и ОК. Схема ОБ обладает очень низким входным и очень высоким выходным сопротивлением (рис. 56, 58), а схема ОК — очень высоким входным сопротивлением и сравнительно низким выходным.

То, что схема ОК имеет высокое входное сопротивление в упрощенном виде, объясняется так: ток базы, как обычно, мал, входное напряжение стало довольно большим, а это значит, что входное сопротивление схемы ОК велико. Практически оно составляет сотни килоом.

Значительно меньше оказывается выходное сопротивление, — показывающее, как меняется в нагрузке сквозной ток при изменении напряжения между эмиттером и коллектором. Динамическое выходное сопротивление обычно составляет несколько сотен или десятков ом.

На этом, пожалуй, можно закончить рассказ о том, как в транзисторных усилителях решается проблема «2 + 2 = 3» и как три разных ее решения дают разные, со своими достоинствами и недостатками, результаты (рис. 74). Сравнение трех основных схем транзисторных усилителей ОБ, ОЭ и ОК говорит о том, что, хотя «по сумме многоборья» на первое место выходит схема с общим эмиттером, две остальные имеют свои собственные, никем из конкурентов не побитые рекорды.

Рис. 74. Каждая из трех схем включения транзистора имеет свои достоинства, но в большинстве случаев отдают предпочтение схеме ОЭ за сочетание многих ценных качеств.

Сейчас трудно определить, кто первый придумал этот заголовок — «Как читать радиосхемы», — но можно с уверенностью сказать, что ему уже не один десяток лет. Под таким заголовком вышло множество плакатов, статей и книжек, и, по-видимому, всякий, кто в итоге все же научился читать схемы, начинал именно с одного из таких пособий.

К сожалению, довольно часто попытка научить чтению радиосхем не идет дальше рассказов о самой азбуке — о тех условных обозначениях, с помощью которых на бумаге изображаются конденсатор, резистор или переключатель. Не зная азбуки, читать нельзя — это факт. Но знание азбуки, знание условных обозначений, представляется лишь ничтожно малой частью того, что нужно для чтения радиосхем.

Чтобы прочесть схему, чтобы по запутанному чертежу быстро представить себе сложное электронное устройство и все происходящие там процессы, нужно многое знать и уметь. И, конечно, прежде всего нужно знать законы электрических цепей и уметь применять их при разборе конкретных схем.

Прежде чем учиться читать конкретные, практические схемы, полезно познакомиться с некоторыми общими, абстрактными решениями, с некоторыми принципами построения схем. Один из таких принципов — это разделение цепей постоянного и переменного тока, которое осуществляется, например, для того, чтобы элементы этих цепей не оказывали вредного влияния друг на друга. Сейчас на примере входных и выходных цепей транзисторного усилителя мы попытаемся выяснить, чем вызвано, что дает и как осуществляется такое разделение. Но еще перед этим придется попутно решить небольшую задачу, связанную с питанием самого транзистора.

До сих пор в наших схемах работало два источника постоянного тока — коллекторная батарея Б_к и батарея смещения Б_см. Однако в реальных схемах этот «дуэт» встречается редко. При разработке схем всегда стараются выбросить батарею смещения и обойтись одной коллекторной батареей. О том, что так можно поступить, говорят цифры: напряжение на коллекторе обычно составляет 4—12 в, а напряжение смещения, как правило, лежит в пределах от 0,1 в до 0,5 в. Значит, задача сводится к тому, чтобы просто уменьшить напряжение и получить необходимое смещение от коллекторной батареи, не освобождая ее при этом от основных обязанностей.

На рис. 75 приведены три упрощенные схемы, показывающие, каким образом коллекторная батарея практически может выполнять работу по совместительству — как она может одновременно с питанием коллекторной цепи еще и создавать смещение в схеме ОЭ (листок а), в схеме ОБ (листок б) и в схеме ОК (листок в).

Рис. 75. Отрицательное смещение на базу можно подать от коллекторной батареи, разделив при этом постоянную и переменную составляющие входного тока.

В схеме ОЭ проще всего получить смещение от коллекторной батареи, если ее «минус» через добавочный резистор соединить с базой. При этом резистор R_б вместе с сопротивлением R_эб эмиттерного pn-перехода образует делитель, на котором распределяется все напряжение коллекторной батареи Е_к. На долю самого эмиттерного перехода приходится некоторая часть Е_к,а именно — напряжение U_см, нужную величину которого можно установить подбором резистора R_б. Чем больше сопротивление R_б, тем меньшая часть общего напряжения достается эмиттерному переходу, тем меньше U_см (рис. 76).

Рис. 76. Изменяя сопротивление резистора, через который на базу подается «минус», можно установить нужное начальное смещение.

Итак, подбором резистора R_б в цепи базы мы можем установить нужное по величине смещение. Но не напрасны ли будут наши старания? Попадает ли это смещение на базу в нужной полярности? Окажется ли на базе «минус» относительно эмиттера?