Транзисторы

Мы все время считаем, что продукция усилителя — это переменная составляющая напряжения на нагрузке U_н~. 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 Е_к коллекторной батареи. В динамическом режиме сопротивление коллекторной цепи меняется, а сопротивление нагрузки, естественно, остается неизменным. Поэтому подводимое напряжение Е_к непрерывно перераспределяется между этими двумя участками делителя, причем сумма напряжений U_н + U_бк всегда остается неизменной и равной Е_к. 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 U_бк, на столько же уменьшится и U_н. 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 U_н~, и переменную составляющую U_бк~. А поэтому по построенному нами графику изменения U_бк можно в полной мере судить о выходном напряжении усилителя. Для удобства построения этот график «положен набок» и его ось U_бк 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.

Вывод первый. На работу усилителя в сильнейшей степени влияет постоянное отрицательное смещение U_см, проще говоря — «минус» на базе. При слишком малом смещении входное напряжение U_эб попадает в область загибов входной характеристики, а то и в область положительного напряжения на базе. А если на базе появляется «плюс», транзистор просто запирается, то есть работает с отсечкой.

Слишком большое смещение может привести к другой крайности — к чрезмерному эмиттерному току и, значит, к перегреву транзистора и выходу его из строя. Не думайте только, что этот перегрев из тех, которые можно обнаружить на ощупь, а если надо, то и перетерпеть. Даже ненадолго превысив допустимый эмиттерный (или коллекторный) ток, вы выведете транзистор из строя настолько быстро и аккуратно, что даже заметить этого не успеете.

По характеристике можно определить режим, при котором на базе действует одно только смещение. Сама точка на характеристике, соответствующая этому режиму, получила название рабочей точки. Так, например, на характеристике рис. 54 можно выбрать рабочую точку, соответствующую U_см = 200 мв, и при этом эмиттерный ток покоя I_э-п будет равен 6 ма. А можно сместить рабочую точку вправо, выбрав смещение U_см = 250 мв, и получить при этом I_э-п = 10 ма. Если вы допускаете шутки в серьезном деле, то можете считать, что само название «рабочая точка», очевидно, происходит от того, что на входной характеристике в том ее месте, которое соответствует выбранному смещению U_см, действительно ставят довольно жирную точку.

На входной характеристике можно выделить две крайние точки, соответствующие наибольшему допустимому току I_э-доп и напряжению, при котором заканчивается загиб (у нас это 150 мв). Участок характеристики, который лежит между этими крайними точками, называется прямолинейным участком. Для того чтобы полностью использовать этот участок, нужно подобрать смещение («рабочую точку»), соответствующее его середине.

Вывод второй. Увеличение смещения влечет за собой повышение токов покоя I_э-п и I_к-п, а значит, увеличение мощности, потребляемой от источников питания. Поэтому не стоит увеличивать смещение без надобности, и наоборот, если это возможно, смещение следует уменьшать, повышая таким образом экономичность усилителя.

Вывод третий. Напряжение смещения U_см следует устанавливать с учетом того, какой входной сигнал будет подводиться к усилителю. Если напряжение сигнала невелико, то незачем пользоваться всем прямолинейным участком входной характеристики и добиваться, чтобы ток покоя попадал на середину этого участка. В случае малого сигнала смещение может быть небольшим. При этом и токи покоя I_э-п и I_к-п будут небольшими.