Главная Промышленная автоматика.

пряжения 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 Ra (рис. 49). Л. - Совершенно верно, но что же тебе непонятно?

Еще раз о кухонной .батарее

Н. - То, что теперь мои напряжения иа коллекторе будут зависеть от величины тока коллектора. Ведь фактическое напряжение Uk между коллектором и эмиттером меньше напряжения батареи £к-э, так как из последнего нужно вычесть падение напряжения, вызываемое током /к на сопротивлении нагрузки Rg. Следовательно, если, увеличив ток базы, вызвать приращения тока коллектора, то падение напряжения иа сопротивлении возрастет и напряжение, остающееся на коллекторе, снизится.

Л.- Ты правильно рассудил, Незнайкии! 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 у наших напряжений и токов все связаны. И достаточно повернуть ручку потенциометра Ri, чтобы стрелки всех наших четырех приборов двинулись в едином порыве, подобно солдатам, маневрирующим по команде офицера...


Одна прямая среди кривых

Л. - Попытаемся навести в этом порядок. Возьмем транзистор малой мощности, скажем, на 75 мет. Посмотри на его кривые (рис. 50), где проведена и прерывистая линия, обозначающая предельную мощность, которую не следует превышать. Предположим, что батарея £к-э, питающая коллектор, имеет напряжение 9 в. Скажи, при каких условиях такое же

напряжение мы обнаружим на коллекторе?

Н.-Если ие происходит никакого падения напряжения иа сопротивлении Rs, т. е. если ток /н равен нулю.

Л. - Ну вот, это условие мы и обозначим на нашем графике первой точкой А, где t/„ = 9 в и /„ = 0. Теперь допустим, что наше сопротивление Rn = 275 ом. Можешь ли ты рассчитать, при каком значении коллекторного тока на этом сопротивлении упадет все напряжение, так что на самом коллекторе не будет никакого напряжения?

Н. - Разумеется, применяя закон Ома, я могу найти величину тока /к, который на сопротивлении ;?н = 275 ом создаст падение напряжения в 9 s и полностью погасит напряжение батареи £к-з:

-о,Змй

Б \\

- 1В0ме

"о,2ма

L.

НОмв

0,1ма



Рис. 50. Характеристики транзистора малой мощности и линия нагрузки.

= 0,0325 а = 32,5 ма.




л. - Прекрасно! Это позволяет нам поставить вторую точку Б, где Uk - О и /к = 32,5 ма. Нам остается теперь только взять линейку и соединить наши точки А к Б красивой прямой линией, которая будет называться нагрузочной прямой для сопротивления в 275 ом.


Рис. 51. Схема применения транзистора в качестве усилителя. Переменйое напряжение приложено между базой и эмиттером. На выходе на сопротивлении нагрузки получают переменное напряжение и.


Н. - Изрядно же МЫ продвинулись вперед! Я совершенно не вижу, что дает нам эта нагрузочная прямая. Начать хотя бы с того, как, например, ток коллектора может достичь 32,5 ма, если в этот момент на коллекторе иет никакого напряжения.

Л. - Твое смущение вызвано тем, что ты не делаешь различия между статическими и динамическими характеристиками. Первые показывают, как изменяются интересующие нас напряжения и токи при отсутствии в цепи коллектора сопротивления нагрузки. Такие характеристики мы рассматривали во время предшествующей беседы. Сегодня же мы выясним, что происходит, когда в цепь коллектора включено нагрузочное сопротивление и, кроме того, когда ко входу, т. е. между базой и эмиттером, приложено переменное напряжение Иб (рис. 51). Теперь следует говорить о динамических характеристиках, и проведенная нами нагрузочная прямая позволяет их определитЬк

Две составляющие

Н. - По твоей схеме я вижу, что входное переменное напряжение ив порождает выходное переменное напряжение Ик> и я начинаю догадываться о сути дела. Здесь в цепи коллектора присходит то же самое, что и в анодной цепи электронной лампы: мирное сосуществование двух токов. Во-первых, мы имеем постоянную составляющую - средний ток, определяемый рабочей точкой (у лампы - смещением сетки). И во-вторых, имеется переменная составляющая, определяемая изменением потенциала сетки по отношению к катоду. Полупериоды переменной составляющей входного напряжения то складываются с постоянной составляющей (когда обе составляющие имеют один знак), то вычитаются из нее.

л. -Дело начинает идти лучше, дорогой Незнайкин... Действительно, у транзистора происходит аналогичное явление. Батареи Ек-з и Еъ-з определяют рабочую точку. Целесообразно установить ее так, чтобы и положительные, и отрицательные полупериоды входного переменного напряжения могли создавать максимальные отклонения напряжения коллектора от его среднего значения.

Н. - В этом случае мы должны условиться, что среднее напряжение f/i, иа коллекторе должно быть равно половине напряжения питания £к-з, В нашем случае это половина от 9 в, т. е. 4,5 в.

Л.- Я ставлю точку Р иа нашей нагрузочной прямой в месте, соответствующем Uk = 5 в, это почти середина нашей прямой. Ты сейчас увидишь, что можно выбрать величину, несколько большую половины Ек-з. Теперь, если изменение напряжения база -эмиттер (или, что то же са- мое, изменение тока базы) определяет изменение тока /к и напряжения

ПТТУДТП Uk коллектора, то эти две последние величины всегда оказываются свя-~ ~ занными отношением, которое выражает наша прямая.

Н. - Это чересчур философски, и я предпочел бы конкретный пример.

и.

Качели

л. - Хорошо, допусти, что ты прикладываешь между базой и эмиттером переменное напряжение с амплитудой примерно в 20 мв, которое создает изменения тока базы с амплитудой в 0,1 ма по одну и по другую сторону от среднего тока, величина которого в точке Р составляет 0,2 ию.



Н, - в результате ток базы изменяется, принимая следующие крайние значения:

0,2 + 0,1 = 0,3 ма и 0,2 - 0,1 = 0,1 ма.

Л. - Совершенно верно, при первом значении мы достигнем на нашей прямой точки В (где нагрузочная прямая пересекает кривую /б = 0,3 ма), а при втором значении мы дойдем до точки Г (место пересечения с кривой h = 0,1 МО).

Н. - Значит, мгновенные значения и„ и гк колеблются между точками D В к Г вдоль нагрузочной прямой, как если бы они качались на каче- * лях вокруг точки равновесия К

Л. - Правильно, ты видишь, что напряжение коллектора колеблется в обе стороны от точки Р между 3,2 и 6,8 в.

Н. - Следовательно, амплитуда составляет 1,8 в, так как средняя точка Р соответствует напряжению 5 е. И если это происходит при амплитуде напряжения на базе 20 же = 0,02 в, то можно ли сделать вывод, что усиление по напряжению составляет 1,8 : 0,02 = 90 раз?

Л. - Пожалуйста. А каково усиление по току?

Н.-Его рассчитать ничуть не труднее. Между точками В к Р, о одной стороны, к Г и Р - с другой, изменения тока коллектора достигают 7 ма. Порождаются же они изменением тока базы на 0,1 ма. Следовательно, усиление по току составляет 7:0,1 = 70 раз.

Л. - Я начинаю думать, что ты, совершая набеги иа рыбный магазин, изрядно зарядил свой мозг фосфором... Теперь ты понимаешь, что мощность, которая выражается произведением напряжения на ток, подверглась усилению в...

Н. - ...90 X 70 = 6 300 раз. Просто колоссально!


Берегись искажений

л. - Совершенно нормально, но я хотел, чтобы ты понял, что амплитуда перемеииого напряжения иа коллекторе не должна превышать 4,5 в. При такой амплитуде значения Ик и гк будут перемещаться вдоль всей нагрузочной прямой от точки А до точки Б. Действительно, допустив, что рабочая точка находится строго посередине линии АБ, мы увидим, что один полупериод достигает одного конца этой линии, а другой - противоположной точки.

Н. - Одним словом, это предельные мгновенные значения напряжения коллектора и„?

Л. - Да, ио не следует допускать его падения до нуля (точки Б), так как характеристики там перестают быть прямыми. Ты видел на рис. 46 и еще более ясно на рис. 48, как резко они изгибаются при малых значениях Uk. Вот почему остается зона в несколько десятых долей вольта, именуемая областью насыщения, вхождение в которую запрещено из-за искажений.

Н. - А не полезно ли в связи с этим немного сдвинуть точку Р с средины прямой АБ в сторону большего напряжения?

Л. - Конечно, если хотят быть требовательными. Вот почему мы выбрали для Этой точки напряжение 5 в.

Н. - У меня сложилось впечатление, что 275 ом в качестве сопротивления нагрузки Ra ты взял тоже не случайно. Что было бы при иной величине этого сопротивления?


Вукеш из прямых

Л. -Вот несколько нагрузочных прямых для больших или меньших нагрузок (рис. 52). При нагрузке 1000 ом мощности меньше, так как мы располагаем меньшими амплитудами изменений токов как на входе (тока базы), так и на выходе (тока коллектора). Нагрузки меньше 275 ом увеличивают амплитуды и мощности, но, используя такие нагрузки, мы попадаем в запрещенную область мощностей выше 75 мет.


Любозиайкин несколько лухавит: он выбрал для точки Р Ь в больше всего для того, чтобы эта точка оказалась на характеристике /g - 0,2 ма, что облегчает расчеты по определению различных значений иапряжеияй и токов.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [17] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

0.0036