Транзистор?.. Это очень просто! - Айсберг Евгений Давыдович - Страница 20

Рис. 45. Зависимость тока коллектора I_к от напряжения бaза — эмиттер U_б.

Л. — Очень хорошо, Незнайкин. Я вижу, что ты испытываешь транзистор средней мощности, потому что коллекторный ток достигает здесь значительной величины — порядка полуампера…

Твоя первая кривая, где взаимодействую только два элемента — эмиттер и база, характеризует зависимость тока базы от потенциала базы по отношению к эмиттеру и является характеристикой диода, образованного эмиттером и базой.

Н. — Правда! Ток увеличивается сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Я вижу, что эта кривая не представляет большого интереса, но, думаю, что другая кривая, отражающая изменение коллекторного тока в зависимости от напряжения базы, имеет большое значение.

Незнайкин знакомится с обманчивой крутизной

Л. — Не увлекайся, мой друг. Вторая кривая действительно очень показательна. Она, в частности, показывает нам, что крутизна транзистора не постоянна и изменяется в зависимости от величины напряжения.

Н. — Как? Разве, имея дело с транзисторами, тоже говорят о крутизне? Для ламп — это отношение небольшого изменения анодного тока к вызвавшему его небольшому изменению сеточного напряжения.

Л. — Да, здесь по аналогии мы также определим крутизну^[10] как отношение небольшого изменения ΔI_к к вызвавшему его небольшому изменению ΔU_б. Обозначив крутизну буквой S, получим:

Часто этот параметр транзистора называют полной проводимостью прямой передачи и обозначают Y₂₁.

Крутизна у транзисторов, как и у ламп, выражается в миллиметрах на вольт.

Н. — Я действительно заметил, что при повышении напряжения базы крутизна нашего транзистора возрастает. При переходе от 0,2 к 0,4 В ток увеличился всего на 50 мА, а при повышении напряжения базы от 0,6 до 0,8 В он увеличился примерно на 180 мА. Следовательно, в первом случае мы имеем крутизну 50: (0,4–0,2) = 250 мА/В, а во втором случае 180: (0,8–0,6) = 900 мА/В. Чудовищно! У лампы никогда нельзя получить такой крутизны.

Л. — Однако не делай слишком поспешных выводов о том, что усиление транзистора действительно так велико. Здесь роль крутизны значительно скромнее, так как в конечном итоге решающее значение имеет влияние тока базы на ток коллектора.

Опасно! Ограниченная мощность

Н. — Я обнаружил это, когда снимал зависимость тока коллектора I_к от тока базы I_б для двух значений напряжения U_кна коллекторе: 2 и 10 В (рис. 46).

Рис. 46. Зависимость тока коллектора I_к от тока базы I_б при двух значениях напряжения коллектора U_к

Л. — А почему часть кривой для этого последнего напряжения U_к = 10 В проведена пунктиром?

Н. — Потому что она нанесена условно. Я не хотел, чтобы коллекторный ток превысил 35 мА, так как предельная мощность транзистора составляет 350 мВт (в инструкции выпустившего его завода недвусмысленно сказано об этом). Ток в 35 мА при напряжении в 10 В дает как раз эту предельную мощность, а я же хотел превышать ее, чтобы не погубить плод трудов своих.

Л. — Ты действовал мудро, и мне остается лишь тебя поздравить. Обрати внимание, что кривые, показывающие изменение I_к под воздействием I_б, чаще всего приближаются к прямой линии. Впрочем, в этом мы уже имели возможность убедиться, рассматривая рис. 24.

Н. — Правда, я вспоминаю, что эти кривые позволяют определить коэффициент усиления по току β, который показывает, во сколько раз изменения тока коллектора больше изменений тока базы (этот важный параметр транзистора называют иногда коэффициентом передачи тока и обозначают h₂₁).

Л. — Можешь ли ты определить этот коэффициент по кривой U_к = 2 В?

Н. — Это очень просто. Когда мы повышаем ток базы, например, с 0,5 до 1 мА (точки А и Б), ток коллектора увеличивается с 70 до 97,5 мА. Следовательно, изменению тока базы на 0,5 мА соответствует изменение тока коллектора на 27,5 мА. Значит, усиление по току β = 27,5:0,5 = 55 раз.

Л. — Браво! А в более общей форме можно сказать, что

где ΔI_к и ΔI_б — соответственно малые изменения тока коллектора и тока базы.

Сопротивление, которое не является на перекличку

Н. — Скажите, пожалуйста! Все эти малые изменения токов и напряжений напоминают мне что-то знакомое, как мотив песенки моего далекого детства. После крутизны и коэффициента усиления нам не хватает только внутреннего сопротивления… и мы вновь встретим ту же семью основных параметров, что и у ламп.

Л. — Осторожнее, мой друг! Еще раз говорю тебе: остерегайся поспешных выводов. У ламп коэффициент усиления представляет собой отношение двух напряжений, у транзисторов — это отношение двух токов. Точно так же, говоря о внутреннем сопротивлении ламп, имеют в виду часто выходное сопротивление, тогда как у транзисторов, как мы уже видели, говорят о входном сопротивлении или сопротивлении эмиттер — база. И, как всякое сопротивление, оно представляет собой отношение напряжения к величине тока, как сказал бы покойный физик Ом.

Н. — Или, строго говоря, это — отношение малого изменения напряжения базы к вызываемому им малому изменению тока базы. А применяя для обозначения этих малых изменений милые твоему сердцу «дельты», я бы написал следующую формулу входного сопротивления:

Л. — Незнайкин, не съел ли ты гигантскую камбалу, фосфор которой заставляет твою голову так интенсивно работать? Коль скоро ты продемонстрировал свои способности, попробуй-ка рассчитать по одной из своих кривых входное сопротивление твоего транзистора?

Н. — Нет ничего проще. Для этого нужно вернуться к кривой на рис. 44, показывающей, как изменяется I_б в зависимости от U_б. Мы видим, что при переходе от 0,5 к 0,6 В ток изменяется примерно на 1 мА, a R_вх, как известно, можно рассчитать, разделив 0,1 на 1, что даст нам 0,1 Ом.