Транзистор?.. Это очень просто!

Л. — Это совершенно законное рассуждение, но я опасаюсь, что твои сегодняшние запасы фосфора подходят к концу и твое входное сопротивление становится колоссальным.

Беседа седьмая

ПРЯМЫЕ И КРИВЫЕ

В предыдущей беседе Любознайкин и Незнайкин рассмотрели основные характеристики транзисторов. Последние могут выражаться численными значениями различных отношений — малосигнальных параметров или, что лучше, в виде семейств кривых, показывающих, как одни величины изменяются под воздействием других. Графический метод дает более полное представление о свойствах транзистора, чем малосигнальные параметры, которые справедливы только для строго определенных условий. Однако у транзисторов, как мы без сомнений можем сказать, все зависит от всего…

В этой беседе двое наших друзей сумеют извлечь из семейства характеристик ценные сведения о действительной работе транзистора в усилителе с определенным нагрузочным сопротивлением. Попутно они также изучат способы подачи смещения.

_{Содержание: Статические и динамические характеристики. Вычерчивание нагрузочной прямой. Рабочая точка. Усиление по току, напряжению и мощности. Максимальные значения переменной составляющей. Область насыщения. Выбор сопротивления нагрузки. Динамическая крутизна. Подача смещения.}

Транзистор в мире не одинок

Незнайкин. — Со времени нашей последней встречи меня преследуют чудовищные кошмары. Мне снится, что я муха, попавшая в гигантскую паутину, состоящую из характеристик транзистора. Я отчаянно бьюсь, но не могу вырваться… Не правда ли, ужасно?

Любознайкин. — Я чрезвычайно огорчен, что нарушил твой ночной покой… Не лучше ли мне отныне отказаться говорить об этих несчастных кривых?

Н. — Напротив, я хотел бы, чтобы ты объяснил мне, как нужно ими пользоваться в различных условиях эксплуатации транзисторов.

Л. — Что ты подразумеваешь под этим?

Н. — Мы снимали эти характеристики, изменяя напряжение U_к, приложенное между коллектором и эмиттером. И мы делали это при различных значениях тока базы I_б (или, что в принципе одно и то же, при различных значениях напряжения базы U_б). В действительности же наш транзистор не живет как эгоист, изменяя свои- напряжения и токи лишь ради собственного удовольствия… Он должен подавать напряжения или токи на другой транзистор, установленный в следующем каскаде. Или же, если он стоит последним в цепочке усилителя, он должен «выдавать ватты» громкоговорителю. В любом случае транзистор должен иметь в цепи коллектора сопротивление нагрузки R_н (рис. 50).

Л. — Совершенно верно, но что же тебе непонятно?

Рис. 50. Для снятия динамических характеристик транзистора достаточно дополнить схему, показанную на рис. 43, нагрузочным резистором R_н, включенным в цепь коллектора. Начиная с этого рисунка транзистор на схемах будет изображаться общепринятым условным обозначением.

Еще раз о кухонной батарее

Н. — То, что теперь мои напряжения на коллекторе будут зависеть от величины тока коллектора. Ведь фактическое напряжение U_к, между коллектором и эмиттером меньше напряжения батареи Е_к-э, так как из последнего нужно вычесть падение напряжения, вызываемое током I_к, на нагрузочном сопротивлении R_н. Следовательно, если, увеличив ток базы, вызвать приращение тока коллектора, то падение напряжения на сопротивлении R_н возрастет и напряжение на коллекторе снизится.

Л. — Ты правильно рассудил, Незнайкин! И я понимаю, что тебя беспокоит: сеть наших кривых совершенно не учитывает этих явлений.

Н. — Я все больше и больше думаю о своей кухонной батарее, которую я некогда создал, связав между собой все кастрюли…

Из-за наличия этого сопротивления нагрузки все наши напряжения и токи связаны. И достаточно повернуть ручку потенциометра R₁, чтобы стрелки всех наших четырех приборов двинулись в едином порыве подобно солдатам, маневрирующим по команде офицера…

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.