Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 39

Главное, что нужно помнить, углубляясь в Воспоминания, — это то, что их нужно хоть когда-нибудь закончить. Сейчас, по-видимому, и для нас настало время закончить путешествие по прекрасному прошлому и двинуться в не менее прекрасное будущее. А это будущее прежде всего предстанет перед нами в виде самого сложного и в то же время, пожалуй, самого важного этапа на пути к транзисторным схемам. Нам предстоит научиться строить и анализировать входные и выходные характеристики транзистора. И тот, кто преодолеет этот участок пути (пусть даже не сразу), может смело считать, что главные трудности (и главные неприятности!) нашего путешествия уже позади.

Есть серьезные основания считать, что история человеческой культуры, история науки и искусства берет свое начало еще с того времени, когда люди жили в пещерах и с каменными топорами охотились на мамонтов. Может быть, именно тогда и появились первые ученые и художники — люди, которые пытались составить описание окружающего их мира. Конечно же, этот мир они описывали не словами: в те времена человек не то что азбуки не знал, но и разговаривать толком не умел. В его лексиконе были лишь считанные слова, больше похожие на крики животного, чем на разумную речь. Первые описания окружающего мира человек сделал в виде рисунков на стенах своей пещеры.

С тех пор прошли многие тысячелетия… Навсегда исчезли с лица земли мамонты, навсегда заброшены каменные топоры. Из неудобных и сырых пещер человек переселился в многоэтажные дома с горячим водоснабжением, а вместо звериных шкур стал носить нейлоновые рубашки. Он сочинил Большую энциклопедию, научился писать стихи, снимать любительские фильмы и легко выводить километровые формулы. Но, несмотря на все эти великие достижения, человек не забыл о самом древнем способе описания мира — не забыл о рисунке.

Сколько бы мы ни шутили по этому поводу, столь прочная привязанность к многочисленному семейству рисунка — к чертежам, графикам, карикатурам, картам, планам — связана со сложными и тонкими механизмами нашего мозга. Во многих случаях мозг воспринимает графические описания намного легче и быстрее, чем словесные. Во многих случаях даже очень простой рисунок нельзя заменить пространным описанием, содержащим многие тысячи слов. К числу таких содержательных рисунков наверняка можно отнести и характеристики полупроводникового триода, которые нам сейчас предстоит построить и которые мы сохраним если не на века, то, во всяком случае, на все время знакомства с транзисторными усилителями.

Характеристики транзистора в принципе строятся так же, как и характеристики диода (рис. 19). Но только у диода вам пришлось строить одну характеристику — вольтамперную, на которой отображалось изменение одного тока под действием одного напряжения. Для того чтобы описать поведение транзистора, придется построить несколько характеристик. Они покажут изменение разных протекающих в транзисторе токов под действием разных приложенных к нему напряжений.

Начнем с входной характеристики. Она показывает, как меняется эмиттерный ток I_э при изменении напряжения, приложенного к эмиттерному pn-переходу, то есть при изменении напряжения U_эб между эмиттером и базой (рис. 54, А). Эта характеристика почти ничем не отличается от прямой ветви вольтамперной характеристики диода, так как эмиттерный переход — это, по сути дела, и есть диод, включенный в прямом направлении.

У входной характеристики есть и обратная ветвь, соответствующая положительному (запирающему) напряжению на базе. Но эта ветвь нас не интересует, и мы вообще не будем обращать на нее внимания. Мы не будем учитывать влияния коллекторного напряжения U_бк на эмиттерный ток. Здесь мы, правда, несколько погрешим против истины, так как напряжение U_бк все же влияет на эмиттерный ток. И об этом, в частности, говорит пунктирная линия — характеристика, которая получается при U_бк = 10 в.

Сразу же признаемся, что на входной характеристике, так же как и на характеристиках, с которыми нам еще предстоит познакомиться, есть и ряд других неточностей, ряд других упрощений. На них пришлось пойти лишь только для того, чтобы наиболее важные «черты характера» полупроводникового триода не потонули в океане второстепенных подробностей.

Под действием напряжения U_эб меняется эмиттерный ток I_э, а значит, коллекторный ток I_к и напряжение на нагрузке U_н. Одновременно вслед за изменением U_эб меняется и ток базы I_б, представляющий собой небольшое ответвление эмиттерного тока (рис. 35). Поэтому вслед за входной характеристикой, показывающей зависимость I_э от U_эб, нужно построить и несколько ее двойников — несколько характеристик, показывающих, как меняется I_к, I_б и U_н при изменении первопричины всех событий — напряжения U_эб. Пользуясь этой группой характеристик, можно определить ряд важных параметров транзистора, а также сформулировать полезные рекомендации по подбору его режима.

Характеристики, приведенные на рис. 54, хотя и не относятся к какому-либо определенному типу транзистора, но по значениям токов и напряжений весьма близки к характеристикам многих транзисторов небольшой мощности. Поэтому и параметры, которые мы определим, в известной степени будут близки к параметрам реальных транзисторов.

Рис. 54. Входная характеристика транзистора показывает, как меняется входной ток (ток эмиттера) при изменении управляющего напряжения (напряжение между базой и эмиттером).

Прежде всего отметим прямолинейный участок на входной характеристике: он начинается от напряжения U*_э = 150 мв. Именно начиная с этого напряжения практически соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением U_эб и током I_э (увеличим напряжение в два раза, и ток вырастет в те же два раза), и поэтому входная характеристика начиная с U*_эб = 150 мв представляет собой почти прямую линию.

При напряжениях меньших чем 150 мв зависимость эта носит сложный характер, и, уж во всяком случае, она не похожа на прямую пропорциональную зависимость. Участок от 0 до U*_эб  = 150 же называется нелинейным участком или, проще, загибом. О причинах появления этого загиба уже шла речь, когда мы знакомились с диодом. Во многих случаях режим транзистора нужно выбирать так, чтобы входное напряжение всегда было больше U*_эб, то есть не попадало бы в район загиба характеристики. Подробно об этом ограничении будет рассказано чуть позже (стр. 184), а сейчас лишь отметим, что работа в области загиба приводит к искажениям формы сигнала (рис. 55).

Рис. 55. Если сигнал попадает в область загиба входной характеристики, то искажается форма этого сигнала.

В качестве следующего шага определим входное сопротивление транзистора, то есть сопротивление, которое встречает со стороны транзистора ток, идущий от источника слабого сигнала.

Поскольку входная цепь транзистора представляет собой диод, включенный в прямом направлении, то можно сразу сказать, что его входное сопротивление R_вх будет небольшим. Определить величину этого сопротивления можно следующим образом: нужно на время вообще забыть о существовании транзистора и предположить, что источник слабого сигнала подключен к некоторому условному резистору R_вх (рис. 56).