Транзисторы

Рис. 61.Нагрузочная прямая показывает, как меняется коллекторный ток под действием входного сигнала и с учетом того, что напряжение на нагрузке (а значив и на коллекторе) тоже меняется при изменении тока.

Давайте посмотрим, как строится такая линия в следующем конкретном случае: R_н = 1 ком и E_к= 12 в. Чтобы построить линию нагрузки, введем в наш сценарий две фантастические ситуации: рассмотрим, что происходит в коллекторной цепи, когда коллекторный ток равен нулю (первая фантастическая ситуация) и когда коллекторный ток настолько велик, что все напряжение батареи теряется на нагрузке и на самом коллекторе вообще нет никакого напряжения (вторая фантастическая ситуация). Подобных ситуаций в реальном случае не бывает, и поэтому мы будем о них говорить, применяя так называемую сослагательную форму «если бы да кабы».

Если бы коллекторный ток был равен нулю, то на нагрузке вообще не было бы никакого напряжения (U_н = 0) и все напряжение источника E_к было бы приложено к коллектору. На основании этого первого «если бы» поставим на нашей характеристике точку А; она как раз соответствует U_бк = E_к, так как напряжение батареи E_к мы приняли равным 12 в.

Если бы напряжение U_бк было равно нулю (это возможно, если довести сопротивление коллекторного перехода до нуля), то все напряжение Е_к было бы приложено к сопротивлению нагрузки и ток через нагрузку (коллекторный ток I_к) был бы по закону Ома равен I_к = Е_к·R_н. На основании этого второго «если бы» сделаем еще одну отметку на нашей характеристике — поставим на ней точку Б. Она как раз и соответствует напряжению U_бк = 0 и току I_к = 12 ма, который под действием напряжения Е_к = 12 в пойдет по выбранному нами сопротивлению нагрузки R_н = 1 ком.

Теперь нетрудно провести и линию нагрузки. Она пройдет от точки максимального коллекторного тока и нулевого напряжения на коллекторе (точка Б) до точки нулевого коллекторного тока и максимального напряжения на коллекторе (точка А). И хотя обе эти крайние точки мы не без оснований назвали фантастическими (ни I_к, ни U_бк практически никогда не равны нулю), сама линия АБ абсолютно реальна. Она как раз и рассказывает сразу о всех запутанных событиях, происходящих в работающем транзисторе: об изменении его токов и напряжений в живом, рабочем, динамическом режиме.

Каждая точка на линии АБ говорит о том, как при выбранной нагрузке R_н и выбранном напряжении питания Е_к связаны между собой входное напряжение U_эб, напряжение на коллекторе U_бк и коллекторный ток I_к. Так, например, точка М говорит о том, что при U_эб = 250 мв режим коллекторной цепи будет U_бк = 2 в и I_к = 10 ма; при U_эб = 150 мв режим уже совсем иной: U_бк = 10 в, I_к = 2 ма (точка N). Разумеется, эти данные относятся лишь к R_н = 1 ком и Е_к = 12 в. Если увеличить сопротивление нагрузки R_н, то нагрузочная линия пойдет более полого (АВ), а если уменьшить R_н — более круто (АГ). Это происходит потому, что с увеличением сопротивления нагрузки на нем теряется все большая часть питающего напряжения Е_к и уменьшается напряжение на коллекторе U_бк. Так при одном и том же входном напряжении U_эб = 150 мв получаем U_бк = 10 в при R_н = 1 ком (точка N); и U_бк = 8 в при R_н = 2 ком (точка А').

Уменьшение питающего напряжения Е_кодновременно уменьшает и ток I_к, и напряжение U_бк и таким образом смещает всю линию нагрузки в сторону нуля (линия А'В при Е_к = 6 в).

Задавшись пределами изменения входного сигнала, можно найти пределы изменения коллекторного тока и напряжения на коллекторе. Так, если входное напряжение меняется от 150 мв до 250 мв (наша входная характеристика говорит о том, что такие пределы изменений вполне допустимы), то все события в транзисторе будут происходить в пределах участка MN нагрузочной прямой. При этом коллекторный ток будет меняться от 2 ма до 10 ма, а напряжение на коллекторе — от 2 в до 10 в. Отсюда легко найти и амплитудные значения напряжения и тока выходного (усиленного) сигнала I_ампл = I_к(MN):2 = 8 ма: 2 = 4 ма. Мы делим I_к(MN) на два потому, что в этом интервале должны «поместиться» две амплитуды («положительная» и «отрицательная»), а значит, на каждую из них придется только половина I_к(MN). Аналогично находим и амплитуду переменного напряжения: U_ампл = U_бк(MN):2 = 8 в:2 = 4 в.

Прежде чем двигаться дальше, нам нужно покаяться в грехах, рассказать о некоторых неточностях, которые мы допустили, пытаясь отделить суть дела от второстепенных подробностей, и, по возможности, избежать лишних названий, терминов и объяснений.