Н. — Я думаю, что для этого нужно перейти с одной кривой Iб на другую. Возьмем, например, точки Г и Д, для которых разница тока базы составляет 1 мА; ток коллектора возрастает с 220 до 275 мА, т. е. на 55 мА. Следовательно, усиление по току β = 55:1 = 55. Это достаточно просто… но что за странная кривая спускается слева направо, которую ты пометил надписью 350 мВт (рис. 47)?
Л. — Она показывает предельную мощность транзистора. Для каждой из точек этой линии произведение напряжения коллектора на его ток равно 350.
Н. — И правда, 10 В соответствует ток 35 мА, а напряжению в 5 В — ток 70 мА. Так, значит, это граница, которую не следует переходить?
Возвращение к «дельтам»
Л. — Да, эта кривая — гипербола, но нам еще представится случай к ней вернуться. А пока я хотел бы познакомить тебя еще с одной в высшей степени полезной характеристикой транзистора — с его выходным сопротивлением. Догадываешься ли ты, о чем идет речь?
Н. — Некоторое количество фосфора в моей голове еще осталось, и я попытаюсь. Я предполагаю, что речь идет о сопротивлении, которое определяет поведение тока коллектора, когда его заставляют изменяться, изменяя напряжение коллектора. Не так ли?
Л. — Очень хорошо, Незнайкин. Добавь к этому, что во время этих изменений потенциал базы остается постоянным. И продолжай свои рассуждения, думая о нашем святом Оме.
Н. — Я догадался! Выходное сопротивление представляет собой отношение напряжения коллектора к его току.
Л. — Это еще не исчерпывающее объяснение. В нем не хватает небольших значков — дельт…
Н. — При так любезно брошенной спасательной веревке я просто не могу ошибиться. Вот определение, которое способно заставить побледнеть от зависти моего старого преподавателя математики.
Выходным сопротивлением транзистора называется отношение небольшого изменения напряжения коллектора к вызываемому им изменению тока коллектора, что можно записать следующим образом:
(что соответствует ΔUа/ΔIа = Ri для электронных ламп).
Л. — Твой торжественный вид говорит сам за себя. Съеденная тобой гигантская рыбина продолжает оказывать благотворное влияние на твои умственные способности… Не мог бы ты, основываясь, как и раньше, на графике, изображенном на рис. 47, определить выходное сопротивление нашего транзистора, ну, скажем, при Uб = 0,6 В.
Н. — Очень просто… Возьмем точки В и Е, соответствующие напряжениям 10 и 20 В на коллекторе, т. е. различающиеся между собой на 10 В (ΔUк = 10 В). Из графика мы видим, что на этих точках ток коллектора повышается со 180 примерно до 182 мА, т. е. ΔIк = 2 мА, или 0,002 А. Следовательно, выходное сопротивление Rвых = 10:0,002 = 5000 Ом.
Л. — Прекрасно! Если бы ты рассчитал выходное сопротивление для больших значений тока, то обнаружил бы, что оно еще меньше. Но не забывай, что мы имеем дело с транзистором средней мощности. Если бы мы взяли маломощный транзистор с такими характеристиками, какие показаны, например, на рис. 49, то выходное сопротивление оказалось бы намного больше. Действительно, эти кривые почти горизонтальны, и даже большое увеличение Uк вызывает лишь незначительный прирост тока Iк и их частное выражается величиной в несколько миллионов ом.
Рис. 49. Выходные характеристики транзистора малой мощности. На левом графике масштаб напряжений коллектора Uк растянут, чтобы лучше показать, что происходит в области малых напряжений.
Н. — Какое странное создание этот транзистор, у которого входное сопротивление низкое, а выходное — высокое. Можно подумать, это сделано нарочно, чтобы утереть нос электронным лампам… А, я догадался! Входное сопротивление мало потому, что по переходу эмиттер — база ток проходит в прямом направлении, а через переход база — коллектор току приходится идти в обратном направлении, преодолевая переход с трудом, поэтому выходное сопротивление получается высоким.
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 Uк, приложенное между коллектором и эмиттером. И мы делали это при различных значениях тока базы Iб (или, что в принципе одно и то же, при различных значениях напряжения базы Uб). 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 Rн (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 Rн, 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 Uк, между коллектором и эмиттером меньше напряжения батареи Ек-э, так как из последнего нужно вычесть падение напряжения, вызываемое током Iк, на нагрузочном сопротивлении Rн. Следовательно, если, увеличив ток базы, вызвать приращение тока коллектора, то падение напряжения на сопротивлении Rн 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…
