От усиления к усилителю.

 

(В главное меню)

 

Т-142. Мощность усиливаемого сигнала выделяется в нагрузке.

    Чтобы от общих представлений об усилителях, от усилителя в принципе, сделать первый шаг к конкретным усилительным схемам, включить в цепь, где проходит коллекторный ток, нагрузку Именно нагрузка отбирает у меняющегося коллекторного тока мощность, отбирает мощность у «мощной копии» сигнала, превращает ее в звук, в свет на телевизионном экране, в какое-либо действие в системе автоматического управления или, наконец, просто в более мощный электрический сигнал, который подвергается дальнейшей обработке Соответственно в качестве нагрузки может быть включен громкоговоритель, кинескоп, исполнительное устройство электронного автомата Но для электрических цепей усилителя все они не более чем потребители энергии, не более чем резисторы И, интересуясь пока только «электрическими событиями» в транзисторном усилителе, будем считать его нагрузкой обычный резистор Rh fP-84. 6) Тем более что очень часто, когда от усилителя требуется просто более мощный электрический сигнал, именно резистор включен в коллекторную цепь

Т-143. Усиление по мощности складывается из усиления по току и усиления по напряжению.

    Что должен сделать усилитель, усиливая слабый сигнал? Увеличить ток? Увеличить напряжение? Усилитель должен увеличить мощность сигнала Если можно было бы обойтись только напряжением или только током, то не н^жен был бы никакой усилитель, все прекрасно сделал бы обычный трансформатор Усилитель применяют, когда от сигнала требуется большая мощность, когда у него просто не хватает сил, как, скажем, в примере с микрофоном и громкоговорителем (Т-122)

    Мощность-произведение тока на напряжение, Р = LH (Т-41) А значит, можно разными способами увеличивать мощность, менять один из сомножителей-ток I, или напряжение U, или оба вместе

    На рисунке Р-84 показано несколько примеров того, что может произойти с мощностью электрического сигнала в некотором условном его преобразователе - он изображен в виде квадрата Цифры в примерах подобраны так, чтобы без громоздких вычислений можно было уловить суть дела Первый пример относится к трансформатору и подтверждает, что он не увеличивает мощность сигнала Мощность могут повысить разные схемы транзисторных усилителей, но делают они это по-разному Схема ОБ, увеличивая напряжение сигнала (об этом принято говорить так - схема дает усиление по напряжению), схема ОК-за счет увеличения тока (усиление потоку), а схема ОЭ, увеличивая и ток и напряжение, причем, как правило, в различное число раз Н^жно, по-видимому, пояснить, что загадочные буквы ОБ, ОК и ОЭ означают «общая база», «общий коллектор» и «общий эмиттер», они отражают некоторые особенности включения самого транзистора в схему усилителя Об этих особенностях речь впереди (Т-190), а пока знакомство с транзисторным усилителем продолжим на примере самой распространенной его схемы ОЭ, которая, кстати, рассматривалась и во всех предыдущих примерах (Р-83, Р-84, 6)

Т-144. Усилительные возможности транзистора отражает его коэффициент усиления потоку (В).

    То, что транзистор дает усиление потоку, связано с процессами, которые происходят в базе Все попавшие сюда из эмиттера заряды можно разделить на две части-те, что проходят в коллекторный переход и в итоге включаются в коллекторный ток, и те заряды, которые в коллекторный переход не попадают, а циркулируют во входной цепи, поддавшись притягивающему действию напряжения на базе

    Не забывайте - эмиттерный переход открыт, когда на базе «минус», и она старается забрать себе все свободные положительные заряды, все дырки, которые приходят из эмиттера Это нормальное, законное действие базы если бы оторвать от транзистора коллектор, то в базовой цепи циркулировали бы вообще все заряды, вышедшие из эмиттера Однако же коллектор существует, и за счет диффузии в тонкой базе часть зарядов отклоняется от своего нормального, законного пути во входную цепь, попадает в коллекторный переход

    Введем несколько обозначений Все заряды, которые вышли из эмиттера, создают эмиттерный ток 1э (Р-85. 1),те, что попали в коллекторный переход, создают коллекторный ток 1к, а те, что сумела захватить база, воспользовавшись своими законными правами, своим «минусом», замыкаются по входной цепи и создают базовый ток 16.

    Если распутать всю цепочку событий во входной цепи усилителя, то она будет выглядеть так усиливаемый сигнал-напряжение U6-действует между базой и эмиттером, слабый сигнал U6 создает прямой ток 1э В эмиттер-ном переходе, часть этого тока-1к-уходит в коллекторную цепь, она будет использована для создания мощной копии сигнала, когда меняется напряжение U6, то меняется 1э, а вместе с ним 1к, это и означает, что слабый сигнал U6 управляет мощным потоком энергии 1к, часть общего тока 1э замыкается во входной цепи - это базовый ток 16, он, по сути дела, и определяет ту энергию, которую должен отдавать транзистору источник слабого усиливаемого сигнала

    Отсюда - предельно простой и исключительно важный вывод чем большая часть 1э приходится на долю 1к, то есть чем больше 1к по сравнению с 1б,тем большее усиление по току дает транзистор Или, иными словами, несколько более глубоко отражающими суть дела чем больший коллекторный ток 1к создается сигналом, который расходует при этом во входной цепи ток 16, тем выше усиление по току И наконец, третье описание сложившихся взаимоотношений между токами транзистора отношение 1кк1б называется «коэффициент усиления потоку» В, и чем выше этот коэффициент В, тем лучше транзистор усиливает ток (Р-84, 7, 8)

    Если бы заряды, вышедшие из эмиттера, поровну делились бы между 1к и 1б,то коэффициент В был бы равен единице и никакого усиления по току не было бы Если бы 16 оказался больше, чем Ikto В был бы меньше единицы и транзистор, вместо усиления, ослаблял бы ток Чтобы ток усиливался, н^жно, чтобы В было больше единицы, и чем оно больше, тем выше усиление тока Правда, транзисторы со слишком высоким

    В тоже нехороши применение их связано с рядом трудностей (Т-162) Коэффициент усиления по току для реальных транзисторов лежит в пределах от 10-15 до 250-300 Узнать коэффициент В можно по названию прибора, пользуясь справочной таблицей (С-15), а можно измерить его с помощью простейших приборов (К-16)

Т-145. О взаимосвязи токов и напряжений в транзисторном усилителе рассказывают его вольт-амперные характеристики.

    Зависимость общего тока 1э в эмиттерном рп-переходе от приложенного к нему напряжения U6, а вместе с ней зависимость базового тока 16 и коллекторного 1к от этого напряжения (Р-85. 2) в точности повторяют знакомую нам уже вольт-амперную характеристику диода (Р-80) Строго говоря, только ток 1э можно считать истинным током через диод, а токи 16 и 1к-это лишь его ответвления, его части Но части, которые в точности следуют за всеми изменениями целого Поэтому вольт-амперные характеристики для токов 16 и 1к почти в точности повторяют вольт-амперную характеристику для тока 1э и если их построить в определенных масштабах (одинаковым отрезкам на вертикальной оси соответствуют разные значения токов), то все три характеристики будут почти неотличимы (Р-85, 2) На основе последних двух характеристик можно построить еще одну-она покажет, как зависит коллекторный ток от базового (Р-85, 5), то есть ток 1к, в котором отражен выходной сигнал, оттока 16, в котором отражен входной сигнал Эта характеристика пойдет тем круче, чем больше коэффициент усиления потоку В - одному и тому же изменению базового (входного) тока при разных В будут соответствовать разные изменения коллекторного (выходного) тока

    Нетрудно построить вольт-амперную характеристику и для коллекторного рп-перехода Н^жно только помнить, что на коллектор подается «минус», что коллекторный переход работает в режиме диода, включенного в обратном направлении, запертого Вольт-амперная характеристика коллекторной цепи (Р-85, 4) -это есть обратная ветвь вольт-амперной характеристики диода (Р-80), для удобства лишь перевернутая «вверх ногами» На этой характеристике целое семейство кривых - они относятся к нескольким значениям тока в эмиттерном рп-переходе

    Вспомните - чем больше открыт транзистор, то есть чем больше напряжение, подведенное к участку эмиттер - база, и, следовательно, чем больший ток 16 идет в этой цепи, тем больше и коллекторный ток 1к На характеристиках коллекторной цепи это влияние 16 на 1к отражено именно втом, что характеристик этих много, каждая более высокая кривая соответствует большему входному току транзистора Семейство коллекторных характеристик не только говорит о том, как ведет себя выходная цепь транзистора сама по себе (как Ik зависит от Uk), но и как влияет на ее поведение входная цепь

    Что же касается собственного поведения коллекторного перехода, то оно всегда одинаково - с увеличением напряжения на коллекторе Uk коллекторный ток 1к сначала быстро нарастает, а потом почти не меняется почти все заряды, которые база впрыснула в коллекторный переход, уже включились в коллекторный ток, и дальше он расти просто не может Нет материала, нет резерва в армии движущихся зарядов Теперь существует только один способ увеличить ток 1к н^жно увеличить базовый ток 16 (напоминаем фактически увеличение 16-это не причина, это тоже следствие, увеличение 16 говорит о том, что возросло U6, стал больше 1э а значит, 16 также возрос) и тем самым перейти на следующую ступень в семействе коллекторных характеристик

Т-146. Во избежание искажений нужно создать в базовой цепи некоторый начальный ток - ток смещения.

    Пристыковав к одной из входных вольт-амперных характеристик транзистора (Р-85. 2) график переменного напряжения, которое усилить, график слабого усиливаемого сигнала, можно получить график его мощной копии, график изменения коллекторного тока Первая же попытка выполнить такую операцию сталкивает нас с чрезвычайно неприятным явлением, которого, между прочим, следовало ожидать под действием переменного напряжения во входной цепи транзистора идет не переменный, а пульсирующий ток (Р-86. 1) Также как шел пульсирующий ток в цепи полупроводникового диода (Р-81) И поэтому в процессе усиления мы до неузнаваемости исказим слабый сигнал, что, мягко говоря, весьма нежелательно

    Без подробного анализа обстановки сразуже предложим верный способ борьбы с такими искажениями сигнала к входной цепи транзистора вместе с усиливаемым сигналом нужно подвести еще некоторое постоянное напряжение, создать некоторый ток смещения И подобрать этот ток смещения нужно с таким расчетом, чтобы сигнал на входе транзистора, с одной стороны, не переходил опасную границу допустимого прямого тока, а с другой стороны, не попадал в область запирающих напряжений, в область «плюса» на базе (Р-86, 2) Устанавливая начальное смещение, очень часто приходится поглядывать и на допустимый коллекторный ток, приведенный в С-15. его тоже нельзя превышать

Т-147. Смещение на базу легко подать от коллекторной батареи.

    Существуют разные способы введения в базовую цепь постоянного тока смещения 1см Можно для этого использовать отдельную батарею (Р-86. 3), а можно подать на базу необходимое постоянное напряжение от коллекторной батареи

    Чтобы открыть эмиттерный переход, на эмиттере относительно базы в р-п-р транзисторах должен быть «плюс» (чтобы появился постоянный ток 1см между базой и эмиттером, должно появиться постоянное напряжение Ucm), а значит, на базе относительно эмиттера «минус» Но коллекторная батарея тоже дает «минус» относительно эмиттера - этот «минус» как раз и подается на коллектор Коллекторное напряжение, если можно так сказать, имеет удачную полярность, чтобы по совместительству использовать его для подачи отрицательного смещения на базу

    Делается это чаще всего с помощью делителя (Р-86, 4), который в нужное число раз уменьшает напряжение-на коллектор подается несколько вольт, а смещение на базе обычно составляет доли вольта Более простой способ подачи смещения-«минус» попадает на базу через гасящий резистор R6 (Р-86, 5) Ток базы, проходя по этому резистору, создает на нем значительное падение напряжения, и на базе остается малая часть коллекторного напряжения Чем меньше сопротивление гасящего резистора R6, тем меньшая часть коллекторного напряжения теряется на нем, тем больше отпирающий «минус» будет на базе Об этом можно сказать и иначе сопротивление эмиттерного перехода мало (транзистор открыт), а последовательно с ним включено R6 со сравнительно большим сопротивлением И поэтому именно R6 определяет ток в цепи (Р-20, Р-105)-чем меньше R6 ,тем больше этот ток, который для транзистора сложит начальным током смещения Точно подобрав величину начального смещения, можно установить такой режим транзистора, при котором по крайней мере не будут «отрезаться» куски сигнала и не будет связанных с этим огромных нелинейных искажений Однако же неизбежной платой за неискаженный сигнал станет некоторый напрасный расход энергии батареи в частности, начальный ток смещения /см, а вместе с ним постоянный ток в коллекторной цепи -ток покоя 1пок- будут потреблять энергию даже в том случае, когда сигнала нет (молчание перед микрофоном, Р-87)

Т-148. Меняющийся коллекторный ток создает на нагрузке меняющееся напряжение.

    Коллекторный ток, по сути дела, есть сумма переменной составляющей 1к~ и постоянной 1к-, которая при отсутствии сигнала равна току покоя !пок(Р-87) Ток покоя появился в коллекторной цепи под действием постоянного смещения на базе Ucm, а переменная составляющая 1к~ - под действием орудующего на базе сигнала LJcnr В случае необходимости переменную составляющую коллекторного тока, точнее, часть ее 1к-А1 можно отделить, ответвить в сторону с помощью простейшего RC-фильтра (Т-79) и получить таким образом усиленный сигнал Ывых в чистом виде

    Но это все будет потом (Т-155 Т-158), а пока придется признать, что если коллекторный ток 1к есть сумма постоянной и переменной составляющих, то и напряжение на нагрузке Uh тоже можно рассматривать как сумму постоянного и переменного напряжения-Uh = Uh-+ Uh~ Напряжение на нагрузке по пятам следует за всеми изменениями коллекторного тока ток увеличивается - и оно растет, ток уменьшается - и оно падает И одновременно с изменением напряжения Uh на нагрузке меняется и напряжение Uk на самом коллекторе, точнее, между коллектором и эмиттером

Т-149. При включенной нагрузке в момент наибольшего коллекторного тока напряжение на коллекторе минимально.

    Все напряжение питания Шит распределяется между нагрузкой Rh и самим транзистором И чем большая часть этого напряжения остается на нагрузке, тем меньше достается коллектору Поэтому при максимальном коллекторном токе, при котором напряжение на нагрузке самое большое, на коллекторе остается минимальное напряжение Об этом можно сказать еще и так сопротивление нагрузки Rh и сопротивление коллекторной цепи транзистора RK3 (это в основном сопротивление коллекторного рп-перехода) образуют делитель напряжения (Т-40), на котором распределяется все напряжение Шит Усиливаемый сигнал, действуя с командного пункта, с базы, меняет сопротивление коллекторного рп-перехода, а значит, меняет соотношение сопротивлений в делителе Rh, Rk3, меняет распределение напряжений на нем В сумме эти напряжения всегда равны Шит, поэтому, если уменьшается сопротивление RK3 и вместе с ним Ukto одновременно на столько же вольт возрастает U н

    Напряжения Uh и Uk меняются противофазно когда напряжение на нагрузке растет, напряжение на коллекторе падает, и наибольшему коллекторному току соответствует наименьшее коллекторное напряжение

    Вспомним (в который раз!), что мощность-это произведение тока на напряжение, и отсюда сделаем вывод, что мощность усиленного сигнала на нагрузке транзистора Рн- = Ik~* Uh- Добиваясь от транзисторного усилителя большой выходной мощности, мы, к сожалению, никакие можем влиять на переменную составляющую коллекторного тока 1к~ она зависит оттого, что дает источник сигнала, и оттого, во сколько раз базовый ток усиливается в транзисторе (В) А вот второй сомножитель выходной мощности - переменное напряжение на нагрузке Uh- - целиком в наших руках

    Человек, который всегда помнит закон Ома, пользуясь формулой U =I*R, сумеет повысить Uh- простейшим способом - н^жно лишь увеличить сопротивление нагрузки Rh Но конечно, делать это, как и вообще все на свете, можно лишь до определенного предела Пытаясь выяснить, что именно и в какой степени ограничивает сопротивление нагрузки, мы входим в область конструирования и налаживания практических схем транзисторных усилителей Но прежде чем сделать первый шаг в эту огромную и интересную область, несколько слов об основных типах транзисторов и некоторых их параметрах

Т-150. Важные параметры транзисторов: допустимые токи, напряжения, мощности, усиление по току В, неуправляемый ток коллектора 1ко граничная частота frp

    Допустимые параметры для данного типа транзисторов - предельно допустимый коллекторный ток Ik-доп, допустимые напряжения между коллектором и эмиттером 1_!кэ-доп и между базой и эмиттером ибэ-доп, допустимая мощность в коллекторной цепи Рк-доп -приводятся в справочных таблицах (С-15) и имеют тотже смысл, что и любые допустимые параметры - их ни в коем случае нельзя превышать Если, например, к входной цепи транзистора П606 к участку база - эмиттер подвести напряжение более 0,5 В, то может произойти электрический пробой, разрушение эмиттерного рп-перехода (пример подобран не случайно - из мощных транзисторов П606 один из самых «слабых», у него ибэ-доп меньше, чем у большинства других приборов этого класса, С-15) Точно также можно вывести из строя коллекторный рп-переход транзистора, превысив напряжение на коллекторе Например, напряжение питания, которое подводится к транзистору П39, не может быть больше 10 В

    Все ограничения токов и напряжений в транзисторе чаще всего связаны с их тепловым режимом Полупроводники очень чувствительны к повышению температуры Нагрев приводит к резкому увеличению числа собственных носителей заряда, лавинообразно нарастают созданные этими зарядами токи, которые в итоге и производят разрушительную работу-соединяют накоротко, сваривают зоны транзистора, превращают его в простой проводник Или наоборот - разрушают материал настолько, что образуется разрыв цепи Обе эти разновидности неустранимых повреждений легко обнаружить омметром (Р-83. 9,10) Но еще проще сделать так, чтобы повреждений этих не было совсем Особенно велики опасности разрушительного перегрева в коллекторной цепи, где создается «мощная копия» сигнала, циркулируют довольно большие токи и действуют немалые напряжения Для коллекторной цепи указывают предельные токи и напряжения, а также предельную мощность И вот почему Чаще всего бывает так, что нельзя одновременно установить предельно допустимый коллекторный ток Ik-доп и предельно допустимое напряжение на коллекторе Uk-доп Это легко увидеть на конкретном примере Для транзистора П214 допустимый коллекторный ток-5 Л, допустимое напряжение на коллекторе - 60 В (С-15) Но если установить режим транзистора, при котором одновременно будут достигнуты обе эти величины, то в коллекторной цепи выделится мощность Рк==5 А* 60 В =300 Вт А для транзистора П214 допускается всего лишь Рк-доп = 10 Вт Поэтому, если установить предельно допустимый ток 5 А, то напряжение на коллекторе не должно быть больше, чем 2 В (Рк=5 А* 2 В = 10 Вт), а если установить предельно допустимое напряжение 60 В, то ток не должен превышать 0,17А,тоесть170мА(Рк=60В*0,17А=10Вт)

    На вольт-амперной характеристике коллекторной цепи (Р-88) есть дугообразная линия, граница допустимой мощности Эта линия появилась как результат простых арифметических операций определялись такие пары тока 1ки напряжения Uk, при которых Рк= Ik* Uk не превышает допустимую мощность Рк-доп Точно такая же граница допустимых токов и напряжений может быть построена для любого реального транзистора

    Допустимые параметры для мощных транзисторов приводятся в расчете на то, что они работают с внешними радиаторами (К-15), которые отводят тепло, предотвращают повышение температуры полупроводниковых материалов При работе без радиаторов предельные параметры мощных транзисторов снижаются, как правило, в десять-двадцать раз Если, скажем, с радиатором транзистор может создать «мощную копию» сигнала в 10 Вт, то без радиатора он едва вытерпит режим, при котором выходная мощность один ватт, это и пол ватта О важнейшем усилительном параметре транзистора, коэффициенте усиления потоку В, мы уже говорили (Т-144) Стоит лишь добавить, что измерение В может производиться в разных схемах и режимах Если входить в тонкости, то насчитывается несколько разных значений этого коэффициента Мы же ограничимся одним значением В-так называемым статическим коэффициентом усиления, который получают, измерив на прямолинейном участке вольт-амперной характеристики постоянный ток 16 и соответствующий ему постоянный ток 1к На К-16 есть схема простейшей приставки кавометрудля измерения коэффициента усиления В

    Параметр «предельная частота», или, иначе, «граничная частота» frp , тоже не требует особых пояснений Разные типы транзисторов по-разному работают на разных частотах Причем граница существует только со стороны высоких частот если транзистор работает на частоте frp , то он прекрасно работает и на более низких частотах Граничной обычно считают ту частоту, на которой усилительные способности транзистора ухудшаются примерно на 30 процентов Правда, при дальнейшем увеличении частоты коэффициент усиления быстро падает, и вскоре транзистор вообще перестает усиливать

    И несколько слов о еще одном важном параметре—неуправляемом коллекторном токе 1ко Во всяком полупроводниковом материале, кроме тех свободных зарядов, которые появились с введением донора или акцептора, есть еще и собственные свободные заряды Их сравнительно немного, но они есть Причем если примесь создает в полупроводнике только один тип проводимости — только р или только п, то собственных дырок и электронов в любом проводнике поровну В зоне п собственные свободные электроны смешиваются с примесными, а вот собственные дырки так и живут особняком, создают в зоне п небольшую дырочную проводимость Точно также в зоне р собственные дырки полупроводника теряются в общей массе примесных положительных зарядов, а собственные свободные электроны создают небольшую проводимость п-типа

    Пользы от этих собственных свободных зарядов, собственных носителей электрического заряда, нет никакой, а вреда они приносят немало Они, например, создают ток, когда рп-переход закрыт, именно из-за них полупроводниковый диод пропускает ток не только в прямом, но и в обратном направлении (Т-133) Неосновных носителей немного, обратный ток через рп-переход невелик, но все-таки он есть и нередко доставляет массу хлопот

    Особенно неприятен обратный ток коллекторного рп-перехода, как его называют, неуправляемый коллекторный ток Iko (P-88)     Коллекторный переход должен пропускать к коллектору только те заряды, которые впрыскивает в него база И когда транзистор закрыт, когда на базе нет напряжения или тем более когда на ней появляется «плюс» и накрепко закрывает эмиттерный переход, никакого коллекторного тока быть не должно А он есть— собственные носители самого коллектора и базы создают этот никому не подчиняющийся, неуправляемый коллекторный ток Iko И никакими командами с базы сделать коллекторный ток меньше, чем Iko, невозможно

    Самое неприятное даже не то, что этот ток есть, это, что он сильно зависит от температуры Действительно, появление собственных носителей, собственных свободных зарядов, связано только с тепловыми движениями атомов в кристаллической решетке полупроводника (Т-128) И чем выше температура, тем энергичнее эти движения, тем больше становится собственных носителей Поэтому-то и меняется с температурой ток 1к Изменяясь с температурой, неуправляемый ток сильно влияет на режим всего усилителя (Т-162), и поэтому, выбирая транзистор, стараются, чтобы ток Iko был у него как можно меньше А там, где влияние тока Iko все же может быть ощутимым, принимают меры, чтобы этот ток как можно меньше влиял на режим усилителя

Т-151. Основные типы транзисторов: высокочастотные и низкочастотные, германиевые и кремниевые, p-n-р и п-р-п транзисторы малой, средней и большой мощности.

    Заглянув в справочник по полупроводниковым приборам, можно увидеть там такое огромное множество наименований диодов и транзисторов, что даже страшно становится К счастью, многие типы полупроводниковых приборов очень похожи, они имеют близкие характеристики и параметры, во многих случаях возможна совершенно безболезненная замена одних приборов другими Да и вообще диоды и транзисторы можно разбить на несколько групп, внутри которых ^ке не так-то сложно разобраться, какой прибор от какого и чем отличается В свое время мы разделили все диоды на плоскостные и точечные А среди плоскостных диодов можно выделить сравнительно сильноточные приборы, допускающие прямые токи в несколько ампер, и группу приборов, допускающих прямой ток порядка 200- 300 мА В этой второй группе диоды различаются в основном только допустимым обратным напряжением, и можно совершенно спокойно заменять один тип диодов другим, если следить за тем, чтобы напряжение, действующее в схеме, не превысило допустимую для данного диода величину

    Нужно сказать, что многообразие типов полупроводниковых приборов иногда получается как бы само собой, как результат выбранного технологического процесса Действительно, зачем было бы делать семь типов диодов Д7А-Д7Ж, рассчитанные на напряжение 50,100, 150, 200, 300, 350 и 400 вольт (С-14)? Можно было, казалось бы, ограничиться одним типом Д7Ж, выдерживающим 400 В, и использовать его во всех схемах с более низким напряжением Однако же технология производства этого типа диодов такова, что в каждой партии получаются диоды, которые могут выдержать сравнительно большое напряжение, и такие, что терпят напряжение поменьше Все эти диоды делят на группы и устанавливают цену на них с таким расчетом, чтобы было невыгодно применять высоковольтный прибор там, где можно обойтись более низковольтным Вот также нередко появляются разные типы транзисторов в пределах одной группы или одного основного типа приборов И бывает даже, сами эти основные типы различаются не очень сильно, не больше, наверное, чем разные модели «Жигулей» В качестве примера можно назвать старые транзисторы П13-П16, очень похожие на них более поздние приборы П39-П42, старые П201 и последующие П213-215, а также разные, но в то же время во многом похожие транзисторы П401, П402, П403, П414, П415, П416 П420, П421, П422, П423, ГТ308, ГТ309 ГТ310, ГТ422, они в основном различаются допустимой мощностью Рк-доп, что для многих схем несущественно

    Все транзисторы можно разбить на несколько основных групп, которые уже сильно отличаются и по своим возможностям, и по использованию в схемах

    Один из признаков деления-сам материал, из которого сделан транзистор Кремниевые приборы работают при более высоких температурах, у кремниевых транзисторов при прочих равных условиях удается получить меньшие значения неуправляемого тока 1ко Другой признак деления-граничная частота, он делит все транзисторы на две большие группы-низкочастотные и высокочастотные К первым относят транзисторы с граничной частотой в десятки, в лучшем случае сотни килогерц А высокочастотные приборы добрались уже до частот в сотни и тысячи мегагерц

    Очень сильно отличаются транзисторы, рассчитанные на получение различной выходной мощности Их можно условно разбить на две группы-маломощные, у которых Rk-доп около 100-150 мВт, и транзисторы средней и большой мощности-у них Рк-доп несколько ватт или несколько десятков ватт Эти приборы различаются и по электрическим параметрам, и чисто внешне, они никогда не заменяют друг друга Здесь, наверное, уместно такое сравнение маломощные транзисторы и мощные похожи не больше, чем юркие «Запорожцы» на многотонные МАЗы

    И наконец, все транзисторы - низкочастотные и высокочастотные, маломощные и мощные, германиевые и кремниевые-можно четко разделить на две группы транзисторы со структурой р-п-р и транзисторы со структурой п-р-п В принципе тип проводимости, структура транзистора мало влияют на его свойства и возможности, высокочастотный мощный кремниевый р-п-р транзистор работает примерно так же, как и высокочастотный мощный кремниевый транзистор п-р-п Так, может быть, стоит ограничиться транзисторами одного какого-нибудь типа проводимости и другие вообще не выпускать? Оказывается-не стоит Вот один из аргументов применение транзисторов разной проводимости открывает удивительные возможности построения электронных схем (К-8. К-13. К-17 и другие схемы), делает их проще, надежнее

    Напомним, к транзисторам разной проводимости ищио в противоположной полярности подводить питающие напряжения, в них разное направление имеют все токи, и если транзистор р-п-р отпирается «минусом» на базе, а «плюсом» запирается, то транзистор п-р-п совсем наоборот-отпирается «плюсом» и запирается «минусом» fP-83 P-86) Все так и должно быть в транзисторах разной проводимости одну и туже работу на одних и техже участках выполняют разные заряды-там, где у одного работают свободные положительные заряды, дырки, там у другого трудятся свободные отрицательные заряды, электроны

    Принадлежность транзистора к той или иной группе в значительной мере отражена в его названии (С-15) Научившись разбираться в этой системе обозначений, а тем более периодически заглядывая в справочную таблицу С-15, вы сможете реагировать на название транзистора в какой-нибудь практической схеме примерно так «Транзистор НГГ315А? Как же? Знакомая личность Усиление потоку от 20 до 90 - как повезет Обратный ток ничтожный- меньше микроампера Граничная частота больше 300 мегагерц Для данной схемы вполне подходящий прибор »

    Привыканию к конкретным типам транзисторов наверняка будет способствовать знакомство с конкретными схемами, к которым уже можно было бы перейти Однако сейчас мы ненадолго прерываем путешествие в транзисторную электронику, чтобы отдать дань уважения электронной лампе - изумительному прибору, с которого, по сути дела, началась электроника и который достойно и честно уступил транзистору огромные свои завоевания

    Знакомство с лампами не только дань исторической справедливости, но и полезное для практики дело Во-первых, еще сегодня работает немало ламповых или комбинированных лампово-транзисторных аппаратов Ну а во-вторых, многие уже забытые особенности ламповых схем вновь привлекают внимание в связи с появлением так называемых полевых транзисторов (К-18. С-15), которые по своему поведению в схеме во многом напоминают электронную лампу

Т-152. В электронной лампе усиливаемый сигнал управляет анодным током - потоком электронов в вакууме.

    Электронная лампа Все события здесь разворачиваются в стеклянном или металлическом баллоне, из которого откачан воздух Поэтому электронная лампа входит в огромный класс так называемых электровакуумных приборов, куда можно отнести и телевизионный кинескоп, и синхрофазотрон, и, если не очень придираться, обычную электрическую лампочку Но только из лампочки воздух откачали потому, что иначе металл раскаленной нити будет окисляться кислородом и нить мгновенно сгорит (она действительно сгорает и действительно мгновенно, если в лампочку попадает воздух) А в электронной лампе вакуум нужен для того, чтобы в ней можно было беспрепятственно создать поток электронов, то есть создать электрический ток И управлять величиной этого тока, формируя «мощную копию» усиливаемого электрического сигнала Для формирования потока электронов и управления им в лампе имеются различные металлические детали с общим названием - электроды

    Электрод, с которого все начинается,-катод поставляет свободные электроны для будущего электронного потока в баллоне В некоторых лампах катод-это тонкая металлическая нить, которую нагревают, пропуская по ней ток (Р-89. 1) Но чаще катод - это металлическая трубочка, внутрь которой опять-таки вставлена нить-подогреватель (Р-89, 2) Подогреватель называют еще нитью накала К этой миниатюрной электроплитке подводится небольшое напряжение,в самых распространенных типах ламп 6,3 В Кстати, первая цифра в названии лампы примерно указывает необходимое ей напряжение накала

    Нить накала нагревает катод, и в нем, как во всяком нагретом металле, сильно активизируется хаотическое движение свободных электронов Многие электроны до того разбегаются в металле, что по инерции выскакивают из катода, вылетают в свободное пространство Это называется термоэлектронной эмиссией Правда, далеко свободные электроны не улетают у катода, который они покинули, появляется некоторый положительный заряд (суммарный заряд оставшихся в металле положительных ионов), и он не дает электронам далеко улететь, тянет их обратно к катоду Поэтому вокруг раскаленного катода существует этакое облачко из электронов, уже вылетевших, но еще не успевших упасть обратно на катод Всю эту картину можно сравнить с фонтаном в парке выброшенная вверх струя воды довольно быстро падает под действием своей тяжести, но над фонтаном все время стоит столб воды, уже поднявшейся и еще не успевшей упасть Разогрев катода - вспомогательная операция, и конструкторы ламп всеми силами стараются уменьшить затраты энергии на нее Для этого, например, активируют катод, покрывают его тончайшим, одноатомным слоем вещества, которое подтягивает электроны к поверхности, помогает им покинуть катод Благодаря этому активированные катоды работают при температурах около 1000 град С вместо 2500 град С в чисто металлических катодах Правда, активированный катод-сооружение довольно нежное, он, в частности, не терпит перегрева, не терпит превышений напряжения накала Кроме того, со временем (для многих ламп через несколько тысяч часов непрерывной работы) активный слой перестает действовать, лампа, как принято говорить, теряет эмиссию, В принципе возможны разные повреждения лампы-перегорает нить накала, накоротко замыкаются электроды внутри баллона, отгорают их выводы Но чаще всего лампа выходит из строя постепенно, из-за потери эмиссии

    Второй электрод лампы - анод Это обычно цилиндр или короб, в центре которого проходит катод на упрощенных рисунках анод часто изображают в виде нависшей над катодом пластинки (Р-89, 3)

    Давайте включим между катодом и анодом анодную батарею Б , источник постоянного анодного напряжения Можно подать на анод постоянное напряжение не только от батареи, но и от любого другого генератора, но, рассказывая о работе лампы, будем для простоты считать, что все постоянные напряжения, в том числе и анодное, подводятся к ней от химических источников тока Для начала включим батарею так, чтобы «плюс» анодного напряжения был подан на анод, а «минус» - на катод В этом случае начнется движение электронов в вакууме, в баллоне лампы от катода к аноду и их возвращение на катод по внешней цепи, через батарею Ба (Р-89, 4 5)

    Если увеличивать положительное напряжение на аноде, то растет и анодный ток, но, разумеется, до определенного предела После того как полностью рассосется облачко вокруг катода и все вылетевшие из него электроны включатся в анодный ток, ток этот уже не сможет увеличиваться-наступит так называемое насыщение (Р-89, 7)

    Если повернуть батарею и подать на анод «минус», то никакого тока в лампе не будет (Р-89, 6) Как видите, двухэлектродная лампа-электровакуумный диод-обладает односторонней проводимостью, как и полупроводниковый диод Больше того, в вакуумном диоде нет собственных свободных носителей зарядов (Т-128, Т-129), и обратного тока в лампе нет вообще

    Следующий шаг - введем в лампу еще один, третий электрод, так называемую управляющую сетку, и поставим ее на пути анодного тока Название «сетка» идет с далеких времен, когда сетка действительно была сеткой, в современных лампах это спираль, окружающая катод на небольшом расстоянии от него (Р-90. 1) Управляющая сетка превращает диод в трехэлектродную усилительную лампу - триод Кстати, транзистор часто называют полупроводниковым триодом, у него тоже три электрода, три рабочих зоны-эмиттер, база, коллектор

    Сетка расположена близко к катоду, и напряжение на ней очень сильно влияет на анодный ток - «плюс» на сетке подтягивает электроны, увеличивает число свободных электронов, вырвавшихся из облачка вблизи катода и отправившихся в далекое путешествие к аноду fP-90. 6) «Минус» на сетке, наоборот, отталкивает электроны к катоду, уменьшает анодный ток (Р-90, 3,4, 5) Одним словом, усиливаемый сигнал Ubx, действуя с командного пункта трехэлектродной лампы, с сетки, управляет анодным током /а, а тот, проходя по нагрузке Rh, выделяет в ней мощную копию усиливаемого сигнала (Р-90, 7) Можно рассказать об этом и другими словами усиливаемый сигнал меняет число зарядов, которые реально могут двигаться к аноду, а значит, меняет внутреннее сопротивление лампы Ra (Р-90, 8) Однако с какой стороны ни посмотришь на события в усилительной лампе, одно остается бесспорным - энергию на создание «мощной копии» дает анодная батарея

Т-153. На управляющую сетку обычно подается отрицательное смещение.

    О событиях в лампе лучше всего могут рассказать ее характеристики, в частности анодно-сеточная, она показывает, как анодный ток зависит от напряжения на сетке (Р-90. 2) Обратите внимание при положительных напряжениях на сетке, кроме анодного, появляется еще и сеточный tokIc Появляется он потому, что, несмотря на «прозрачность» сетки, в нее все же попадает часть электронов Сеточный ток - явление крайне неприятное он отбирает электроны у анодного и тем самым искажает его, создает нелинейные искажения «мощной копии» Кроме того, сеточный ток требует дополнительной мощности от источника сигнала, нагружает его Вот почему режим лампы обычно устанавливают так, чтобы она работала в левой части своих характеристик, то есть чтобы на сетке никогда не появлялся «плюс» и не было сеточного тока Этим, кстати, лампы принципиально отличаются от транзисторов, у которых без тока базы обойтись невозможно Потому что в транзисторе материал для создания коллекторного тока - свободные заряды - дает ток в рп-переходе эмиттер-база, и часть этого тока обязательно ответвляется в базовую цепь В лампе же материал для создания анодного тока дает электронная эмиссия катода, и сетка может управлять анодным током не «плюсом», а «минусом», не притягивающим напряжением, а отталкивающим

    Нужно один раз разобраться в этих «плюсах» и «минусах», чтобы в дальнейшем в них не путаться Запомните «минус» на сетке запирает лампу также, как «минус» запирает транзистор структуры п-р-п А вот в транзисторе р-п-р «минус», наоборот, увеличивает коллекторный ток И дальше-в лампе на анод подается притягивающее напряжение «плюс» также, как и на коллектор транзистора п-р-п, а в транзисторе р-п-р притягивающее напряжение на коллекторе - «минус» Все это отображено на Р-83. Р-86 и Р-90 Имея опыт с выбором рабочей точки транзистора (Р-86), мы легко найдем, как избавить лампу от сеточных токов для этого достаточно вместе с сигналом подать на сетку (относительно катода) некоторое отрицательное постоянное смещение, некоторый «минус» (Р-90, 8:

Т-154. Основные типы усилительных ламп: триод, пентод и лучевой тетрод.

    Триод был первой усилительной лампой, его возраст-около восьмидесяти лет И сейчас триод в некоторых областях остается незаменимым, хотя из-за двух серьезных недостатков его сильно потеснили другие лампы Первый недостаток триода связан с тем, что электроды лампы, по сути, представляют собой обкладки конденсаторов и в лампе существуют междуэлектродные емкости, никому не нужные, а поэтому названные паразитными емкостями (Р-91. 1) Самая опасная из них-емкость между анодом и управляющей сеткой Сас Через нее усиленный сигнал попадает во входную цепь (Р-91, 2), а это может привести к серьезным неприятностям (Т-200) Другой недостаток триода связан с самим принципом работы усилителя когда напряжение на нагрузке растет, на аноде (как и на коллекторе транзистора) оно уменьшается (Р-91, 4, Р-87) и анод слабее тянет к себе электроны Результат-ухудшаются усилительные способности лампы

    Оба недостатка триода были ликвидированы одним ударом между анодом и управляющей сеткой поместили еще один электрод - экранную (экранирующую) сетку, и таким образом получилась четырехэлектродная лампа, тетрод (Р-91, 5) Экранную сетку через конденсатор Сэ соединяют с катодом, и она отводит, замыкает накоротко переменные токи, которые могли бы попасть во входную цепь Кроме того, на экранную сетку подают значительный «плюс» (U), иногда такой же, как и на анод, а иногда поменьше Теперь как бы ни менялось напряжение на аноде, это почти не повлияет на анодный ток - экранная сетка будет тянуть электроны к аноду всегда с одинаковой силой К сожалению, и тетроду не пришлось стать идеальной усилительной лампой, у него самого обнаружился серьезный недостаток В те моменты, когда напряжение на аноде падает, «плюс» на экранной сетке начинает двигать электроны не только «туда», но и «обратно», уменьшая анодный ток Дело в том, что электронный поток, бомбардируя анод, выбивает из него так называемые вторичные электроны Только что выскочив на белый свет, они сразу попадают под влияние огромного притягивающего «плюса» на экранной сетке и, естественно, начинают двигаться к ней В лампе появляется ток обратного направления-от анода к экранной сетке, что равносильно уменьшению анодного тока Это динатронный эффект - явление крайне неприятное Во-первых, оно создает нелинейные искажения-когда анодный ток должен расти, он уменьшается Во-вторых, из-за динатронного эффекта перегревается сама экранная сетка, ухудшается вакуум в баллоне, а за этим следует уже целая цепочка самых разнообразных неприятностей

    С динатронным эффектом тоже научились бороться, причем двумя разными путями Они и привели к созданию двух основных типов ламп пентодов и лучевых тетродов В пентоде между экранной сеткой и анодом расположена очень редкая пентодная, или, иначе, антидинатронная, сетка, которая соединена с катодом, чаще всего внутри лампы (Р-91, 7) Первичные электроны, те, что летят от катода к аноду, через редкую пентодную сетку по инерции проскакивают беспрепятственно В то же время пентодная сетка легко отталкивает обратно к аноду вторичные электроны, которые еще не успели набрать скорость Потому, что на этой сетке «минус» относительно анода-она-то ведь соединена с катодом, а на катоде относительно анода всегда «минус», поскольку на аноде всегда «плюс» относительно катода Лучевой тетрод (Р-91, 8) сконструирован так, что электроны идут к аноду острыми лучами Благодаря высокой концентрации электронов эти лучи ведут себя как проводники, протянутые от катода, и, подобно пентодной сетке, они своим «минусом» отталкивают вторичные электроны обратно на анод

    Диод, триод, пентод, лучевой тетрод-основные типы электронных ламп, но ими ассортимент ламп далеко не исчерпан Есть, например, лампа гептод, в ней две управляющие сетки, с которых анодным током управляют одновременно два сигнала (Р-91, 9) Или лампа оптический индикатор настройки, в ней есть уже некоторые элементы телевизионной трубки - светящийся экран и перемещение электронного потока в пространстве (Т-91, 10) Наконец, часто встречаются комбинированные лампы, то есть две-три лампы, размещенные в одном баллоне -два триода, триод и пентод, триод и гептод, два диода и триод (Р-91, 11)

Т-155. В усилительный каскад входят транзистор (лампа), нагрузка, элементы питания, цепи ввода и вывода сигнала.

    По мере того как мы знакомились с использованием транзисторов и электронных ламп, они обрастали разными дополнениями - сначала появилась нагрузка, затем цепи постоянного смещения на базу в транзисторе и на управляющую сетку в лампе, элементы разделения постоянного и переменного напряжения на входе и выходе усилителя Сейчас настал момент нарисовать схему всего усилительного блока, со всеми основными и вспомогательными элементами, схему так называемого усилительного каскада

Т-156. Электронные схемы получаются такими, что многие элементы присоединяются к общему проводу.

    Но сначала несколько слов об одном графическом приеме на схеме упрощенно показывают присоединение многих элементов к одному и тому же проводу, используя условное обозначение «соединение с металлическим корпусом, с шасси;; (Р-92,1,2) Когда-то электронные схемы, особенно ламповые, действительно собирали на металлическом шасси и оно слоило общим проводом для соединения многих элементов И хотя теперь металлическое шасси встретишь редко, знак этот все же остался, и понимать его нужно так «соединение с общим проводом;; Такой знак очень удобен, он позволяет упростить чертеж, избавиться от многих длинных соединительных линий Вместо «соединить с шасси (с общим проводом);; довольно часто говорят «заземлить;; Это выражение тоже пришло из прошлого, когда металлические шасси приемников и некоторых других приборов соединяли с землей, заземляли И при этом оказывались заземленными все цепи, которые «сидели;; на шасси Слово «заземлить;; в смысле «соединить с общим проводом;; очень удобно, и в этом легко убедиться при разборе первых же схем усилительных каскадов, когда короткое слово «заземлено;; заменяет длинную фразу

Т-157. Типичный усилительный каскад на триоде.

    На Р-92, 1, 2 показана схема типичного усилительного каскада на трехэлектродной лампе Катод лампы заземлен, то есть подключен к общему проводу, и, значит, любая заземленная точка схемы соединена с катодом через этот общий провод Так, например, через землю, через общий провод, подключен к катоду «минус» анодной батареи и «плюс» батареи смещения При этом на сетку относительно земли, то есть относительно катода, подается «минус», а на анод- «плюс» Чтобы переменная составляющая анодного тока не попадала в анодную батарею, что может привести к серьезным неприятностям (Т-200), эту составляющую сразуже после нагрузки через Сф замыкают на землю, а значит,и на катод

    Через землю подключен к катоду и второй провод источника сигнала - первый подсоединен прямо к сетке через Сс Этот конденсатор, кстати, нужен для того, чтобы, с одной стороны, постоянное напряжение Ucm не попадало к источнику сигнала, а с другой стороны, чтобы сам этот источник не соединял сетку по постоянному току с землей

    Если бы в анодную цепь усилительного каскада был включен громкоговоритель и «мощная копия» окончательно использовалась в самом этом каскаде, превращаясь в звук, то цепочки RH'Ca вообще не было бы Она появляется, когда усиленный электрический сигнал передают дальше, чтобы использовать его где-то в другом месте Резистор Rh' как раз и отображает это самое «где-то» К нему через Са подводится переменное напряжение с анода лампы, по Rh' идет часть переменной составляющей анодного тока, и именно в Rh' выделяется истинная продукция усилительного каскада

    Можно считать, что для лампы нагрузкой сложат оба резистора - Rh и Rh' и от их соотношения зависит, какая часть «мощной копии» останется в данном каскаде, а какая будет передана дальше На Р-92, 4, 5 показано, что роль анодной нагрузки могут выполнять катушки индуктивности La и колебательный контур LaCa Важное достоинство этих схем на нагрузке не теряется постоянное напряжение, как на резисторе (Р-92, 3), и в то же время катушка и контур могут представлять достаточно большое сопротивление для переменной составляющей анодного тока Тоже достоинство имеет включение нагрузки в анодную цепь через трансформатор

Т-158. В самых разных схемах встречаются одинаковые схемотехнические решения.

    Чтобы без страха и трепета разбираться в бесконечном многообразии электронных схем, нужно прежде всего знать некоторые типичные приемы схемотехники, типичные приемы обработки электрических сигналов Такие, например, как ослабление токов и напряжений с помощью шунтов, гасящих сопротивлений и делителей напряжения Или разделение постоянных и переменных составляющих сложного тока с помощью фильтров Или еще такой схемный фокус, как создание разного рода вспомогательных напряжений на резисторах, включенных в цепь постоянного тока

    Примеры двух последних операций можно увидеть на Р-92. 7 Здесь в катодную цепь лампы включен резистор Rk' зашунтированный конденсатором Ск Емкость этого конденсатора выбирается с таким расчетом, чтобы для переменной составляющей анодного тока его емкостное сопротивление Хс (Т-76) было во много раз меньше, чем Rk В этом случае для переменной составляющей анодного тока la-катод просто заземлен А вот постоянная составляющая la- через конденсатор, естественно, не пойдет, у нее есть только один путь-через Rk И, проходя по этому резистору, постоянная составляющая анодного тока создаст на нем постоянное напряжение Ucm, «плюс» которого - вверху, на катоде, а «минус» - внизу, на земле

    Напряжение Ucm-не что иное, как вспомогательное отрицательное смещение на сетку «минус» этого напряжения (относительно катода) через Re подается на сетку и смещает влево рабочую точку на характеристике лампы, избавляет каскад от сеточных токов (Р-90) Удачная полярность напряжения Ucm получается потому, что анодный ток la течет от «плюса» к «минусу», от анода к катоду

    Мы в свое время (Т-42) договорились во всех случаях пользоваться одним условным направлением тока, при этом проще водить пальцем по схеме, определять, куда идет тот или иной ток, в какой полярности действует то или иное напряжение Причем результат не изменится оттого, будем ли мы пользоваться условным направлением тока или следить, в какую сторону движутся электроны Электроны в лампе, конечно, идут от «минуса» к «плюсу», от катода к аноду И поэтому электронный поток проходит по резистору Re снизу вверх А это может означать только одно на этом резисторе внизу-«минус», вверху-«плюс» Как видите, рассматривая условное направление тока и истинное направление движения электронов, мы получили один итотже результат - на катоде «плюс», на сетке - «минус» Это еще одно подтверждение рассматривая электронные схемы, можно, как это и принято, без всяких сомнений пользоваться условным направлением тока И давайте к этому вопросу, который мы в свое время разобрали подробно (Р-28), больше не возвращаться Резистор Re , через который на сетку подается смещение, не н^жен, если источник сигнала пропускает постоянный ток, как, например, обмотка микрофонного трансформатора Но ни в коем случае нельзя допустить, чтобы сетка не соединялась с катодом по постоянному току Потому что даже единичные электроны, попавшие на сетку, в этом случае будут накапливаться (им просто некуда уйти) и постепенно создадут на сетке такой большой «минус», что лампа сама по себе полностью запрется, анодный ток прекратится (Р-92,9) Резистор Re называют утечкой попавшие на сетку электроны стекают с нее через Re

    Пример понижения питающих напряжений мы видим на Р-91. 3 и Р-92, 10 Здесь на гасящем резисторе Рэ ток экранной сетки 1э создает некоторое падение напряжения Сопротивление Рэ учетом величины 1э подобрано с таким расчетом, чтобы на экранную сетку попадал меньший «плюс», чем на анод Конденсатор Сэ заземляет экранную сетку для переменного тока Кстати, если этот конденсатор пробьется, то экранная сетка «сядет на землю», по Рэ пойдет большой ток и резистор, скорее всего, сгорит. А после этого экранная сетка окажется «висящей» (Ь8, Р-92, 9), и из-за этого лампа закроется

Т-159. На резисторе не может теряться напряжение, если по нему не идет ток.

    Схема Р-92. 7 дает повод подумать об одной типичной ошибке при оценке напряжений в той или иной точке сложной электрической цепи Сопротивление резистора Rk обычно 0,1-1 кОм, сопротивление Re чаще всего 0,1-1 МОм, то есть в тысячу раз больше, чем Rk И вот эта огромная разница, бывает, наводит на сомнения а не потеряется ли на Re напряжение смещения Ucm по пути от катода к сетке Ответ очень определенный не потеряется Напряжение, теряемое на том или ином резисторе, определяется током, который по нему идет, а по Re практически ток не идет (точнее, идет чрезвычайно малый ток, доли микроампера - его создают случайные электроны, попадающие на сетку, несмотря на «минус» на ней) Во всяком случае, большой анодный ток la замыкается только по Rk и в Re не попадает Вывод напряжение на самом Re практически равно нулю и Ucm полностью достается участку сетка - катод

    Отсюда можно вывести, может быть, не очень строго сформулированное, но практически полезное правило оценивать напряжение в какой-нибудь точке схемы можно только относительно другой точки, при этом нужно внимательно следить за тем, какие элементы включены между этими точками и какие токи идут по каждому из них

Т-160. Транзисторные схемы находят все более широкое применение.

    То, что в самых разных электронных схемах встречаются одни и те же схемотехнические решения, подтверждает еще и рисунок Р-93. на котором показаны некоторые фрагменты транзисторных усилительных каскадов Этот рисунок возвращает нас из области ламповых усилителей к транзисторным, с которыми мы уже не расстанемся до самого конца своего путешествия в электронику Лампы все реже можно встретить в промышленной аппаратуре, в новых моделях их вообще не увидишь В последние годы мало кто из радиолюбителей работает с ламповыми схемами Такая «транзисторизация» связана с важными достоинствами транзисторов С их долговечностью, малыми габаритами, экономичностью - для создания одной и той же «мощной копии» транзисторный усилитель потребляет от источников питания в несколько раз меньше энергии, чем ламповый Это особо важно для переносной аппаратуры-здесь экономное расходование электроэнергии позволяет резко уменьшить вес батарей Кроме того, транзистор привлекает своей неприхотливостью в части питания-на анод лампы нужно подать десятки, а то и сотни вольт, на коллектор транзистора - всего несколько вольт, для питания лампы нужно иметь два напряжения-накальное и анодное, транзистор обходится одним источником питания-коллекторной батареей Когда тридцать лет назад появились первые транзисторы, мало кто думал, что они так хорошо смогут заменить лампы у транзисторов в то время было очень много недостатков Сначала они работали только на низких частотах, их параметры даже в пределах одного типа сильно различались, не удавалось создать мощные транзисторы

    Сейчас все это позади, и, во всяком случае, в рамках радиолюбительского конструирования можно обходиться одними транзисторами, обходиться без электронных ламп

Т-161. Типичный усилительный каскад на транзисторе.

    В первой из схем на Р-93. 1 нам встречаются «знакомые все лица»-нагрузка Rh, делитель R61 R62 , с которого подается смещение на базу (Р-86), переходной конденсатор Ск, через который ответвляется на резистор Rh' часть переменной составляющей коллекторного тока И чем меньше сопротивление Рн'.тем большая часть 1к~ идет через него и меньший ток замыкается через нагрузку Rh Кстати, цепочка CkRh' представляет собой делитель напряжения И если емкость конденсатора Ск к достаточно велика, если его емкостное сопротивление мало по сравнению с Rh', то почти все переменное напряжение Uk-, которое действует на коллекторе, действует и на резисторе Rh' В транзисторных усилительных каскадах также, как и в ламповых, в качестве нагрузки могут использоваться катушка (дроссель), колебательный контур и, кроме того, нагрузка может включаться в коллекторную цепь через трансформатор (Р-93, 3,4, 5) А вот соединение базы с эмиттером через небольшое сопротивление источника сигнала, скажем через микрофонный трансформатор (Р-93, 6), в транзисторном усилителе по схеме Р-93, 1 уже невозможно Потому, что это небольшое сопротивление войдет в делитель R61 R62 и резко уменьшит сопротивление его нижнего участка, постоянное смещение на базе практически исчезнет, транзистор окажется запертым Источник сигнала с малым собственным сопротивлением приходится подключать к базе через разделяющий конденсатор Ср он легко пропускает переменное напряжение (усиливаемый сигнал) и не позволяет источнику сигнала шунтировать нижнюю часть делителя по постоянному току

    Такая же малая автоматика работает в схеме Р-94. 6, которая встречается очень часто Здесь смещение на базу (не забывайте, что это напряжение на эмиттерном переходе, то есть между эмиттером и базой) складывается из двух напряжений-Ucm' , которое снимается с делителя R61 R62 и Ucm", которое появляется на Rs благодаря тому, что по этому резистору проходит эмиттерный ток Напряжения эти включены навстречу друг другу, причем Ucm" обращено к базе своим «плюсом», оно старается (напоминаем о ]^8) уменьшить «минус» на базе, закрыть транзистор При нагревании транзистора, как обычно, возрастает 1ко и, как обычно, увеличивает коллекторный ток Но тутже увеличивается напряжение Ucm" и общий «минус» на базе уменьшается А это в свою очередь ведет к уменьшению коллекторного тока, к некоторой компенсации вредного влияния температуры Конечно же, чуда не происходит, коллекторный ток растет с температурой, но из-за мешающего действия Ucm" он растет не так сильно Резистор Рэ шунтирован конденсатором Сэ для того, чтобы переменная составляющая коллекторного тока замыкалась кратчайшим путем, минуя совершенно излишнее для нее сопротивление

Т-162. Автоматическая регулировка коллекторного тока стабилизирует режим транзистора.

    Особое место в схеме занимает резистор Rs, он н^жен для стабилизации режима транзистора

    С транзисторной аппаратурой, в отличие от ламповой, могут происходить довольно странные явления Например транзисторный приемник, прекрасно работавший дома, начинает говорить неразборчивым шепотом, как только вы выходите с ним на прогулку Или транзисторный магнитофон хорошо воспроизводит музыку только первые несколько минут, а потом его звучание без видимой причины само по себе становится хриплым, искаженным Как объяснить подобные «чудеса»? С чем они связаны?

    Все это, конечно, козни неуправляемого коллекторного тока Iko (T-150), который резко увеличился в первом случае под действием жарких солнечных лучей, во втором - из-за постепенного разогрева усилителя в процессе его работы Концентрация собственных свободных зарядов, а значит, и неуправляемый коллекторный ток Iko возрастают в среднем в два раза с увеличением температуры на каждые 10 град С (Р-94) Это значит, что если температура повысится от 20 град до 50 град (цифры вполне реальные для приемника, который из прохладной комнаты попал на жаркий пляж), то ток Iko возрастает в восемь раз

    Увеличение Iko опасно потому, что этот ток неизбежно проходит через командный пункт транзистора, через эмиттерный рп-переход И создает на этом переходе некоторое неуправляемое напряжение, «плюс» которого оказывается на эмиттере, а «минус» - на базе Это напряжение помимо нашей воли открывает транзистор, увеличивает коллекторный ток

    Чем это может кончиться, показывает реальный цифровой пример У транзистора П42Б обратный ток коллектора Iko может достигать 25 мкА (С-15,в справочных таблицах указывают самое большое возможное значение Iko, в действительности он может быть и меньше) В типичном для такого маломощного транзистора режиме коллекторный ток покоя составляет примерно 10 мА Предположим, что нам попался транзистор с коэффициентом усиления потоку В = 100 и что из-за нагревания транзистора Iko увеличивается в десять раз, то есть вместо 25 мкА становится 250 мкА Это значит, что при холодном транзисторе неуправляемый ток будет добавлять к основному коллекторному току 2,5 мА (25 мкА* 100 = 2500 мкА == 2,5 мА), а нагретый транзистор ^ке добавит к коллекторному току 25 мА (250 мкА* 100 = 25500 мкА = 25 мА) То есть неуправляемая добавка значительно превысит основной коллекторный ток Нетрудно представить себе, к каким сильным изменениям режима и искажениям сигнала это может привести Возможно еще одно неприятное последствие температурной нестабильности тока Iko При нагревании транзистора этот ток растет и тянет за собой коллекторный ток, а тот в свою очередь еще больше нагревает транзистор, и из-за этого Iko еще больше возрастает катится страшная лавина увеличения коллекторного тока, которая может мгновенно вывести транзистор из строя Особо опасна ситуация, когда база почему-либо не подключена к схеме («висящая база») и ток Iko оказывается единственным действующим лицом в эмиттерном переходе Поэтому-то и рекомендуют, включая транзистор в схему, на всякий случай, чтобы не забыть, начинать с базы

    Из всего этого невеселого рассказа следует, что чем меньше Iko, тем лучше, тем стабильнее работает транзистор (Большой ток Iko мощных транзисторов не должен вводить в заблуждение, у мощных транзисторов и управляемый коллекторный ток значительно больше, чему маломощных) Достижения физики и технологии позволяют создавать маломощные транзисторы, у которых Iko меньше 1 мкА, такие приборы почти не меняют режим усилителя при изменении температуры Ну, а в тех случаях, когда Iko все же представляет опасность, применяют схемы автоматической стабилизации режима В самой простой из них (Р-94, 5) смещение на базу подается не с «минуса» коллекторной батареи (Р-86), а с самого коллектора При этом, если при нагревании прибора возрастает коллекторный ток, то понижается напряжение на коллекторе и автоматически становится меньше «минус» на базе А это, как известно, приводит к уменьшению коллекторного тока Таким образом, изменение температуры в меньшей степени влияет на коллекторный ток - малая автоматика в какой-то мере компенсирует рост коллекторного тока

Т-163. Транзисторы разной проводимости (p-n-р и n-p-п) питают напряжениями разной полярности.

    Схема Р-86. 3 напоминает транзисторы разной проводимости могут работать в совершенно одинаковых усилительных каскадах Нужно лишь помнить, что в таких разных по структуре транзисторах токи идут в противоположном направлении и питающие напряжения должны иметь противоположную полярность Так, в частности, на коллектор транзистора со структурой р-п-р подается «минус», а на коллектор транзистора п-р-п - «плюс» Транзистор р-п-р отпирается «минусом» на базе, транзистор п-р-п опирается «плюсом» на базе Вместе с тем транзисторы разной проводимости не только прекрасно уживаются в одном и том же аппарате, но в ряде случаев их союз позволяет значительно упрощать схемы (Т-196)

Т-164. Некоторые предварительные соображения о режиме транзисторного усилителя.

    Усиление, которое может дать усилитель, мощность «мощной копии» и потребляемая усилителем мощность-словом, все его возможности и потребности - во многом зависят от режима оттоков, которые протекают в каскаде, от напряжений, которые подводят к усилителю или от него получают Выбор режима усилителя-дело тонкое и сложное Оно чем-то напоминает шахматную партию, где каждый ход имеет свои достоинства и недостатки, где зачастую приходите я жертвовать чем-то одним ради чего-то другого

    Режим транзисторного усилительного каскада определяется элементами схемы - резисторами, конденсаторами, катушками, источниками питания В описаниях практических схем, рекомендованных для повторения, и, конечно же, в схемах промышленной аппаратуры все элементы подобраны так, что нужный режим транзистора должен получиться сам собой И все же в процессе налаживания схемы нет-нет, а приходится что-то менять в поисках наилучшего режима Кроме того, для радиолюбителей готовая схема- это зачастую не более чем линия старта, за которую неотвратимо влечетжелание искать, придумывать, улучшать (Т-289)

    Попробуем подвести предварительный итог того, что было рассказано об усилении и усилителях, изложим некоторые соображения о том, что, как и насколько влияет на режим транзистора (Р-95) Соображение №1 Чем больше отрицательное смещение на базу (здесь и дальше имеются в виду транзисторы р-п-р),тем больше коллекторный ток, а значит, и мощность, потребляемая транзистором Для экономного расходования коллекторной батареи смещение на базу следует делать поменьше Соображение №2 Слишком малое смещение может привести к искажениям в какие-то моменты «плюс» входного сигнала перекроет «минус» смещения, транзистор окажется запертым, произойдет отсечка коллекторного тока

    Соображение №3 Смещение на базу устанавливают с учетом уровня входного сигнала чем меньше этот сигнал, тем меньше можно открывать транзистор, экономя при этом энергию батареи Соображение № 4 С увеличением сопротивления нагрузки растет переменное напряжение на ней, а значит, и мощность усиленного сигнала на выходе усилителя Соображение №5 Но при слишком большом сопротивлении нагрузки напряжение на ней окажется настолько большим, что в какие-то моменты на коллекторе вообще ничего не останется И опять-таки возникнут искажения сигнала Соображение №6 Увеличивая напряжение питания, мы, по сути дела, увеличиваем мощность, потребляемую от батареи, а также мощность, которая расходуется на нагрев транзистора Соображение №7 Само по себе увеличение питающего напряжения ничего не дает переменная составляющая коллекторного тока и переменное напряжение на нагрузке какими были, такими и останутся

    Соображение №8 Но в то же время если поднять напряжение питания, то появится возможность увеличить сопротивление нагрузки и получить большее напряжение на нагрузке, не опасаясь оставить коллектор без «минуса» (соображение № 5). Соображение №9 Уменьшение сопротивления нагрузки Rh и тем более ее короткое замыкание могут представить большую опасность для транзистора, прежде всего для мощного Вспомните мощность, которая рассеивается на транзисторе и нагревает его,-это произведение коллекторного тока на коллекторное напряжение При включенной нагрузке максимальному коллекторному току соответствует минимальное напряжение на коллекторе и получаемая транзистором мощность сравнительно невелика А вот если сопротивление нагрузки равно нулю, то напряжение на коллекторе всегда равно напряжению питания И в момент максимального коллекторного тока в транзисторе может выделиться настолько большая мощность, что он ее просто не выдержит Соображение № 10 Оно навеяно предыдущим, девятым, и сводится к простой истине работая с транзистором, нужно помнить о его возможностях, о предельно допустимых токах и напряжениях Вывести из строя транзистор можно многими разными способами - превысив любой из токов или любое из напряжений Об этом можно сказать иначе транзистор надежно работает, если не требовать от него больше, чем он может дать А сейчас, узнав немало интересного об усилителях, мы переходим к другому огромному классу электронных устройств - к генераторам

(В главное меню)

Используются технологии uCoz