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

Вторая схема термостабилизации (рис. 87, листок В) хотя и сложнее первой (для второй схемы нужны два дополнительных резистора и один конденсатор), хотя и потребляет от батареи некоторую дополнительную энергию, однако применяется значительно чаще. Ей отдают предпочтение, очевидно, потому, что эта схема позволяет во много раз ослабить влияние температуры на режим каскада и при этом не ухудшает его основных параметров. Прежде всего не снижает усиления.

Идея, на которой построена эта схема, довольно проста. Смещение на базу, то есть постоянное напряжение, действующее между базой и эмиттером, складывается в этой схеме из двух действующих последовательно напряжений. Одно из них — U''_см — образуется на резисторе R_э за счет проходящего по нему коллекторного тока. Полярность напряжения U''_см, как всегда в таких случаях, определяется направлением тока, который проходит по R_э. А направление коллекторного тока таково, что «минус» напряжения U''_см всегда направлен в сторону эмиттера, а «плюс» — в сторону базы. Иными словами, напряжение U''_см стремится создать на базе положительное, то есть запирающее, напряжение — «плюс» на базе отталкивает дырки назад к эмиттеру.

Второе напряжение, которое участвует в создании смещения, — это U'_см. Оно образуется на резисторе R_б2, который представляет собой часть делителя R_б1R_б2. Этот делитель делит коллекторное напряжение, и часть его, а именно U'_см, подается «минусом» на базу, то есть напряжение U'_см стремится создать на базе «минус» относительно эмиттера, стремится отпереть транзистор.

Если включить последовательно две батарейки, причем так, чтобы они действовали друг против друга, то результирующее напряжение будет равно разности напряжений, которые дают эти батарейки. Точно так же напряжение, которое получится в результате взаимодействия U'_см и U''_см в одной последовательной цепи, равно разности этих напряжений. При этом U'_см больше, чем U''_см, и на базе оказывается «минус». (Иначе и быть не может — «плюс» запер бы триод и U''_см вообще исчезло бы.) А если по каким-нибудь причинам будет меняться одно из этих двух напряжений, то одновременно будет меняться и их разность — результирующее смещение U_см = U''_см — U'_см.

При налаживании усилительного каскада его элементы выбирают так, чтобы U'_см было несколько больше, чем U''_см, и чтобы их разность давала нужное отрицательное смещение на базу. Когда при повышении температуры возрастает коллекторный ток, то одновременно увеличивается и напряжение U''_см = I_к·R_э. В итоге меньше становится разностное напряжение U_см, уменьшается «минус» на базе. А это приводит к уменьшению коллекторного тока, то есть к стабилизации режима.

Чтобы резистор R_э не стал элементом отрицательной обратной связи, по переменному току, его шунтируют конденсатором.

Эффект автоматической стабилизации проявляется тем сильнее, чем больше сопротивление R_э. Но, с другой стороны, увеличивать R_э нежелательно, так как на нем теряется некоторая часть напряжения коллекторной батареи. Так, например, если батарея дает 4,5 в, а напряжение U''_см равно 1 в, то «работающая часть» коллекторного напряжения, то есть то, что действует между нагрузкой и эмиттером, уменьшается до 3,5 в.

Второе ограничение эффективности схемы также связано с использованием коллекторной батареи. Дело в том, что схема стабилизирует режим тем лучше, чем меньше общее сопротивление делителя R_б1R_б2. В этом случае напряжение U'_см в меньшей степени зависит от проходящих по делителю собственных токов транзистора. Однако, чем меньше общее сопротивление делителя R_б1R_б2, тем больше ток, который потребляется этим делителем от коллекторной батареи. Вот и приходится искать «золотую середину» — выбирать элементы схемы так, чтобы и режим был стабильным, и перерасход энергии не оказался слишком большим.

Вот примерные данные деталей и режим схемы, приведенной на листке В, рис. 87. В усилителе высокой частоты на транзисторе П420 детали могут иметь следующие данные: R_н — 5,1 ком, R_э — 1,5 ком, R_б1 — 20 ком, R_б2 — 5,1 ком и С_э — 0,05 мкф (в низкочастотном усилителе эта емкость должна была быть во. много раз больше, чтобы емкостное сопротивление конденсатора С_э всегда было значительно меньше, чем R_э). При питающем напряжении коллекторной батареи 9 в на отдельных участках такой схемы в режиме покоя (когда нет сигнала) и при комнатной температуре получаются напряжения: на коллекторе U_к равно 4,1 в; U''_см на резисторе R_э равно 1,4 в; U'_см на резисторе R_б1 равно — 1,5 в. Все напряжения измерены относительно общего «земляного» провода, например относительно точки а. Поэтому все напряжения указаны со знаком «минус» — легко убедиться, что относительно точки а эти напряжения — U'_см, U''_см и U_к — отрицательны. Таким образом, общее напряжение смещения U_см равно U_см = U''_см — U'_см = 1,4 в — 1,5 в = —0,1 в. Отрицательным оно оказалось потому, что U'_см больше, чем U''_см, и таким образом на базе относительно эмиттера действует «минус».

Увеличение обратного тока коллектора при нагревании может вообще вывести транзистор из строя. Подобная опасность возникает в том случае, если к транзистору, включенному по схеме ОЭ или ОК, подведено коллекторное напряжение, а база при этом вообще никуда не подключена и «висит в воздухе». Появившийся начальный коллекторный ток создаст на эмиттерном pn-переходе небольшое напряжение, которое своим «минусом», приложенным к базовой области, слегка отопрет транзистор. При этом коллекторный ток слегка увеличится, кристалл немного нагреется, возрастет число неосновных зарядов. Это «цепная реакция». Ток лавинообразно нарастает, и за какие-нибудь доли секунды наступает тепловой пробой одного из рn-переходов.

Чтобы избежать этой разрушающей лавины, не нужно допускать появления «висящей базы». А для этого при монтаже или налаживании транзисторных схем рекомендуется базу подключить первой, а отключать последней (рис. 89).

Рис. 89. Если подано напряжение на коллектор, а база никуда не подключена, то в транзисторе может произойти лавинообразное нарастание тока и в итоге — тепловой пробой.

Приведенные конкретные данные деталей и режимы транзистора, а также рекомендации относительно «висящей базы» знаменует для нас довольно важное событие. Мы завершаем знакомство с транзисторным усилителем в общем виде и от абстрактного усилителя переходим к конкретному. Переходим к практическим транзисторным схемам.

Глава IV

ТЫСЯЧА И ОДНА СХЕМА

Лет десять назад, когда в продаже появились первые серийные транзисторы, многие любители начали строить карманные приемники. К тому времени в журнале «Радио» были опубликованы две-три схемы таких приемников, и именно они послужили основой для развития «приемниковой лихорадки». Причем большинство любителей просто копировало журнальные схемы, не отступая от них ни на шаг и даже в точности повторяя расположение деталей на монтажной плате.