Шаг за шагом. Транзисторы
Шрифт:
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 Uэб 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
Итак, мы совместили с входной характеристикой транзистора график, показывающий, как с течением времени меняется входное напряжение Uэб. Теперь можно быстро узнать, каким будет эмиттерный ток в тот или иной момент времени. Для этого достаточно определить Uэб, затем провести вспомогательную прямую линию на входную характеристику и, наконец, по входной характеристике определить, каким будет ток при данном Uэб. Так, например, легко находим, что в момент а на базе действует напряжение Uэб = 200 мв и что этому напряжению соответствует ток Iэ = 6 ма. Аналогично для момента б находим Uэб = 250 мв и Iэ = 10 ма, а для момента в определяем Uэб = 150 мв и Iэ = 2 ма.
Определяя ток для разных моментов времени, можно построить еще один важный график — зависимость входного тока Iэ от времени t. Для удобства этот третий график (рис. 62—В) располагаем справа от входной характеристики и ось тока Iэ размечаем в том же масштабе, что и ось тока Iэ 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.
Как видите, совмещенные графики для входной цепи строятся очень просто и позволяют наглядно представить себе, что произойдет с эмиттерным током (не забывайте — от него зависит и коллекторный ток!) при тех или иных изменениях смещения или самого входного сигнала.
Несколько сложней обстоит дело с построением совмещенных графиков, иллюстрирующих работу коллекторной цепи (рис. 63).
Рис. 63. Если известно, как меняется входное напряжение, и известно сопротивление нагрузки, то, пользуясь выходной характеристикой, можно построить график коллекторного тока и напряжения на коллекторе (на нагрузке).
Трудность состоит в том, что просто некуда приложить «самый главный» график, определяющий все поведение транзистора, в том числе и поведение коллекторной цепи. Речь идет о графике, который показывал бы, как меняется управляющее напряжение Uэб (листок Б). По вертикальной и горизонтальной осям выходной характеристики (рис. 63—А) откладываются соответственно коллекторный ток и коллекторное напряжение, которые в очень сильной степени зависят от Uэб. А изменения самого управляющего напряжения Uэб отражены лишь в том, что построена не одна, а целое семейство выходных характеристик и при изменении Uэб следует переходить с одной из них на другую (стр. 165). Поэтому есть лишь один способ хоть как-нибудь отметить на выходной характеристике то, что происходит на входе транзистора. Нужно помечать тех «членов семейства», помечать те отдельные статические характеристики, которые соответствуют изменяющемуся входному напряжению.
Мы в дальнейшем будем помечать лишь три такие статические характеристики: одну — соответствующую наибольшему напряжению на базе Uэб-макс, другую — соответствующую наименьшему напряжению на базе Uэб-мин и третью — соответствующую напряжению постоянного смещения Uсм. По этим трем характеристикам можно определить наибольший коллекторный ток Iк-макс, наименьший коллекторный ток Iк-мин и коллекторный ток покоя Iк-п — постоянный ток в коллекторной цепи, когда сигнала нет. Попутно отметим, что этот ток очень часто определяет и энергию, Потребляемую от источника питания, так как он говорит о том, что потребляется от этого источника не в самом трудном случае (Iк-макс, момент б), не в самом легком случае (Iк-мин, момент в), а в среднем за длительное время.
И еще одно попутное замечание: токи эмиттера Iэ-п и базы Iб-п при отсутствии сигнала также называют токами покоя. Подсчитав Iк для разных моментов времени, можно легко построить график изменения этого тока с течением времени (листок В). Для простоты построения график этот удобно расположить слева или справа от выходной характеристики, причем расположить так, чтобы оси Iк оказались совмещенными.
Отметив три статические характеристики, соответствующие наибольшему, наименьшему и среднему напряжению на входе транзистора, можно, пользуясь линией нагрузки, определить, как будет изменяться и напряжение Uбк на коллекторе (точнее — между коллектором и базой). Для этого достаточно опустить на горизонтальную ось вспомогательные линии от точек пересечения линии нагрузки с соответствующими статическими характеристиками. Определив границы изменения Uбк, можно очень просто построить график, показывающий, как меняется это напряжение с течением времени (листок Г).
Мы все время считаем, что продукция усилителя — это переменная составляющая напряжения на нагрузке Uн~. Но можно легко доказать, что переменное напряжение на нагрузке меняется в тех же пределах, что и напряжение на самом коллекторе. Действительно, нагрузка и коллекторная цепь самого транзистора образуют делитель, к которому приложено напряжение Ек коллекторной батареи. В динамическом режиме сопротивление коллекторной цепи меняется, а сопротивление нагрузки, естественно, остается неизменным. Поэтому подводимое напряжение Ек непрерывно перераспределяется между этими двумя участками делителя, причем сумма напряжений Uн + Uбк всегда остается неизменной и равной Ек. Это значит, что если напряжение на нагрузке увеличится, например, на 2 в, то на те же 2 в уменьшится напряжение на коллекторе, и наоборот: на сколько увеличится Uбк, на столько же уменьшится и Uн. Иными словами, в динамическом режиме напряжение на нагрузке меняется на ту же величину, что и напряжение на коллекторе, и можно с равным успехом называть выходным сигналом транзисторного усилителя и переменную составляющую Uн~, и переменную составляющую Uбк~. А поэтому по построенному нами графику изменения Uбк можно в полной мере судить о выходном напряжении усилителя. Для удобства построения этот график «положен набок» и его ось Uбк совпадает с такой же осью выходной характеристики.
Вот мы подготовились к тому, чтобы с помощью входной и выходной характеристик попытаться оценить влияние тех или иных факторов на режим транзисторного усилителя. Выводы, которые сейчас будут сделаны, мы пронумеруем, с тем чтобы в дальнейшем, при рассмотрении практических схем, проще было на них ссылаться. В соответствии с «порядковым номером» того или иного вывода пронумерован и поясняющий листок на рис. 64.
Рис. 64. Входные и выходные характеристики позволяют сделать ряд полезных практических выводов о работе транзисторного усилителя.