Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 44

Уменьшение питающего напряжения Е_к одновременно уменьшает и ток I_к, и напряжение U_бк и таким образом смещает всю линию нагрузки в сторону нуля (линия А'В при Е_к = 6 в).

Задавшись пределами изменения входного сигнала, можно найти пределы изменения коллекторного тока и напряжения на коллекторе. Так, если входное напряжение меняется от 150 мв до 250 мв (наша входная характеристика говорит о том, что такие пределы изменений вполне допустимы), то все события в транзисторе будут происходить в пределах участка MN нагрузочной прямой. При этом коллекторный ток будет меняться от 2 ма до 10 ма, а напряжение на коллекторе — от 2 в до 10 в. Отсюда легко найти и амплитудные значения напряжения и тока выходного (усиленного) сигнала I_ампл = I_к(MN):2 = 8 ма: 2 = 4 ма. Мы делим I_к(MN) на два потому, что в этом интервале должны «поместиться» две амплитуды («положительная» и «отрицательная»), а значит, на каждую из них придется только половина I_к(MN). Аналогично находим и амплитуду переменного напряжения: U_ампл = U_бк(MN):2 = 8 в:2 = 4 в.

Прежде чем двигаться дальше, нам нужно покаяться в грехах, рассказать о некоторых неточностях, которые мы допустили, пытаясь отделить суть дела от второстепенных подробностей, и, по возможности, избежать лишних названий, терминов и объяснений.

Так, например, мы назвали входными характеристиками все графики, приведенные на рис. 54, в то время как входной характеристикой официально называется лишь зависимость I_э от U_эб. Более того, зависимость напряжения на нагрузке U_н от напряжения U_эб на входе транзистора попала в число входных характеристик совсем уже незаконно: все эти характеристики снимаются без нагрузки, при постоянном напряжении на коллекторе и поэтому называются статическими. Статическими, кстати, называются и все наши выходные характеристики. Они тоже снимаются без нагрузки, а влияние R_н учитывается путем несложных вычислений и построений.

Мы не отметили на входной характеристике очень небольшой эмиттерный ток, возникающий при отсутствии входного напряжения, то есть при U_эб = 0, если при этом есть хотя бы небольшое напряжение на коллекторе. Этот начальный ток появляется благодаря тому, что коллекторный ток создает в самой базовой области на ее собственном, внутреннем сопротивлении некоторое внутреннее напряжение, отпирающее эмиттерный переход даже тогда, когда нет внешнего отпирающего напряжения.

Другой «странный ток» — довольно большой коллекторный ток I_к, который существует даже при отсутствии коллекторного напряжения, то есть при U_бк = 0. Он появляется из-за диффузии через базу зарядов, впрыснутых в нее из эмиттера.

Мы не будем продолжать перечисление подобных второстепенных, но несомненно интересных подробностей. Во-первых, с некоторыми из них нам еще предстоит встретиться. Во-вторых, уже пора сделать какие-нибудь полезные выводы из долгого и трудного разбора входных и выходных характеристик транзистора.

Первые несколько выводов мы, как говорится, можем «взять голыми руками», бегло взглянув на рис. 56 и 58. Выводы эти касаются параметров самого транзистора — он обладает очень небольшим входным сопротивлением, очень большим выходным сопротивлением и не дает усиления по току.

Другие выводы — они касаются режима транзисторного усилителя — будут сделаны на основании анализа входной и выходной характеристик, причем мы будем наблюдать за усилителем в динамическом режиме, то есть когда на его вход подан усиливаемый сигнал, а в коллекторную цепь включена нагрузка.

Чтобы легче представить себе то, что происходит в этом случае с транзистором, мы воспользуемся совмещенными графиками, пример построения которых понятен из рис. 62.

Рис. 62. Если известно, как меняется входное напряжение, то, пользуясь входной характеристикой, можно построить график входного (эмиттерного) тока.

В левой части рис. 62 помещена входная характеристика транзистора, которая показывает, как меняется ток I_э при изменении управляющего напряжения U_эб. Само же напряжение U_эб непрерывно меняется, так как ко входу усилителя подведен сигнал U_сиг. Кроме того, на входе действует еще и напряжение смещения U_см. Суммируясь, U_см и сигнал дают меняющееся напряжение U_эб. График этого напряжения (рис. 62—Б) мы «положили набок» и совместили его с входной характеристикой. «Совместили» — это значит, что деления на оси напряжения U_эб графика Б совпадают с делениями на оси напряжения U_эб графика А. Иными словами, одинаковые значения напряжений —100 мв, 200 мв, 300 мв и т. д. — лежат строго друг против друга, то есть совмещены.

Обратите внимание, что ось времени, на графике Б размечена не в «законных» единицах времени — не в сек, мсек, мксек и т. д. На этой оси маленькими буквами а, б, в отмечены лишь три наиболее интересных момента. Так, например, от момента 0 до момента а входного сигнала нет, и на базе действует только одно смещение. Моменты б и в соответствуют положительной и отрицательной амплитудам усиливаемого сигнала. Суммируясь с U_см или вычитаясь из него, эти амплитуды дают наибольшее U_{эб-макс} или наименьшее U_эб-мин напряжение на базе.

Попутно еще раз напоминаем, что наибольшим напряжением на базе мы будем считать наибольший «минус» на ней, именно тот самый «минус», который отпирает эмиттерный рn-переход и увеличивает эмиттерный ток. «Минус» напряжения U_эб откладывается по оси напряжений вправо от нуля. Это непривычно, но зато удобно. Конечно, более привычным было бы откладывать вправо от нуля не «минус», а «плюс». Но для этого уже пришлось бы вести речь не о «минусе» на базе, а о «плюсе» на эмиттере. И хотя по существу здесь нет никакой разницы (если на базе — 2 в относительно эмиттера, то на эмиттере + 2 в относительно базы; человек, живущий на первом этаже шестиэтажного дома, может сказать, что над ним пять этажей, а тот, кто живет на последнем этаже, может сказать, что под ним пять этажей), однако в интересах будущего лучше приучиться говорить о напряжении на базе относительно эмиттера, а не о напряжении на эмиттере относительно базы. Поэтому-то мы а откладываем вправо от нуля отрицательное напряжение — U_эб, то есть «минус» на базе.

Итак, мы совместили с входной характеристикой транзистора график, показывающий, как с течением времени меняется входное напряжение U_эб. Теперь можно быстро узнать, каким будет эмиттерный ток в тот или иной момент времени. Для этого достаточно определить U_эб, затем провести вспомогательную прямую линию на входную характеристику и, наконец, по входной характеристике определить, каким будет ток при данном U_эб. Так, например, легко находим, что в момент а на базе действует напряжение U_эб = 200 мв и что этому напряжению соответствует ток I_э = 6 ма. Аналогично для момента б находим U_эб = 250 мв и I_э = 10 ма, а для момента в определяем U_эб = 150 мв и I_э = 2 ма.

Определяя ток для разных моментов времени, можно построить еще один важный график — зависимость входного тока I_э от времени t. Для удобства этот третий график (рис. 62—В) располагаем справа от входной характеристики и ось тока I_э размечаем в том же масштабе, что и ось тока I_э на входной характеристике. Это позволит упростить само построение третьего графика, так как необходимую величину тока можно будет откладывать на нем, протянув вспомогательную прямую линию от входной характеристики.