Н. — Действительно, если я, например, перехожу от напряжения базы 0,4 к 0,5 В (из точки А в точку Б), то ток повышается от 75 до 125 мА, т. е. на 50 мА. Следовательно, крутизна S = 50:0,1 = 500 мА/В.

Л. — Так же легко ты можешь определить по нашему графику и усиление по току.

Н. — Я думаю, что для этого нужно перейти с одной кривой I_б на другую. Возьмем, например, точки Г и Д, для которых разница тока базы составляет 1 мА; ток коллектора возрастает с 220 до 275 мА, т. е. на 55 мА. Следовательно, усиление по току β = 55:1 = 55. Это достаточно просто… но что за странная кривая спускается слева направо, которую ты пометил надписью 350 мВт (рис. 47)?

Л. — Она показывает предельную мощность транзистора. Для каждой из точек этой линии произведение напряжения коллектора на его ток равно 350.

Н. — И правда, 10 В соответствует ток 35 мА, а напряжению в 5 В — ток 70 мА. Так, значит, это граница, которую не следует переходить?

Возвращение к «дельтам»

Л. — Да, эта кривая — гипербола, но нам еще представится случай к ней вернуться. А пока я хотел бы познакомить тебя еще с одной в высшей степени полезной характеристикой транзистора — с его выходным сопротивлением. Догадываешься ли ты, о чем идет речь?

Н. — Некоторое количество фосфора в моей голове еще осталось, и я попытаюсь. Я предполагаю, что речь идет о сопротивлении, которое определяет поведение тока коллектора, когда его заставляют изменяться, изменяя напряжение коллектора. Не так ли?

Л. — Очень хорошо, Незнайкин. Добавь к этому, что во время этих изменений потенциал базы остается постоянным. И продолжай свои рассуждения, думая о нашем святом Оме.

Н. — Я догадался! Выходное сопротивление представляет собой отношение напряжения коллектора к его току.

Л. — Это еще не исчерпывающее объяснение. В нем не хватает небольших значков — дельт…

Н. — При так любезно брошенной спасательной веревке я просто не могу ошибиться. Вот определение, которое способно заставить побледнеть от зависти моего старого преподавателя математики.

Выходным сопротивлением транзистора называется отношение небольшого изменения напряжения коллектора к вызываемому им изменению тока коллектора, что можно записать следующим образом:

(что соответствует ΔU_а/ΔI_а = R_i для электронных ламп).

Л. — Твой торжественный вид говорит сам за себя. Съеденная тобой гигантская рыбина продолжает оказывать благотворное влияние на твои умственные способности… Не мог бы ты, основываясь, как и раньше, на графике, изображенном на рис. 47, определить выходное сопротивление нашего транзистора, ну, скажем, при U_б = 0,6 В.

Н. — Очень просто… Возьмем точки В и Е, соответствующие напряжениям 10 и 20 В на коллекторе, т. е. различающиеся между собой на 10 В (ΔU_к = 10 В). Из графика мы видим, что на этих точках ток коллектора повышается со 180 примерно до 182 мА, т. е. ΔI_к = 2 мА, или 0,002 А. Следовательно, выходное сопротивление R_вых = 10:0,002 = 5000 Ом.

Л. — Прекрасно! Если бы ты рассчитал выходное сопротивление для больших значений тока, то обнаружил бы, что оно еще меньше. Но не забывай, что мы имеем дело с транзистором средней мощности. Если бы мы взяли маломощный транзистор с такими характеристиками, какие показаны, например, на рис. 49, то выходное сопротивление оказалось бы намного больше. Действительно, эти кривые почти горизонтальны, и даже большое увеличение U_к вызывает лишь незначительный прирост тока I_к и их частное выражается величиной в несколько миллионов ом.

Рис. 49. Выходные характеристики транзистора малой мощности. На левом графике масштаб напряжений коллектора U_к растянут, чтобы лучше показать, что происходит в области малых напряжений.

Н. — Какое странное создание этот транзистор, у которого входное сопротивление низкое, а выходное — высокое. Можно подумать, это сделано нарочно, чтобы утереть нос электронным лампам… А, я догадался! Входное сопротивление мало потому, что по переходу эмиттер — база ток проходит в прямом направлении, а через переход база — коллектор току приходится идти в обратном направлении, преодолевая переход с трудом, поэтому выходное сопротивление получается высоким.

Л. — Это совершенно законное рассуждение, но я опасаюсь, что твои сегодняшние запасы фосфора подходят к концу и твое входное сопротивление становится колоссальным.

Беседа седьмая

ПРЯМЫЕ И КРИВЫЕ

В предыдущей беседе Любознайкин и Незнайкин рассмотрели основные характеристики транзисторов. Последние могут выражаться численными значениями различных отношений — малосигнальных параметров или, что лучше, в виде семейств кривых, показывающих, как одни величины изменяются под воздействием других. Графический метод дает более полное представление о свойствах транзистора, чем малосигнальные параметры, которые справедливы только для строго определенных условий. Однако у транзисторов, как мы без сомнений можем сказать, все зависит от всего…

В этой беседе двое наших друзей сумеют извлечь из семейства характеристик ценные сведения о действительной работе транзистора в усилителе с определенным нагрузочным сопротивлением. Попутно они также изучат способы подачи смещения.

_{Содержание: Статические и динамические характеристики. Вычерчивание нагрузочной прямой. Рабочая точка. Усиление по току, напряжению и мощности. Максимальные значения переменной составляющей. Область насыщения. Выбор сопротивления нагрузки. Динамическая крутизна. Подача смещения.}

Транзистор в мире не одинок

Незнайкин. — Со времени нашей последней встречи меня преследуют чудовищные кошмары. Мне снится, что я муха, попавшая в гигантскую паутину, состоящую из характеристик транзистора. Я отчаянно бьюсь, но не могу вырваться… Не правда ли, ужасно?

Любознайкин. — Я чрезвычайно огорчен, что нарушил твой ночной покой… Не лучше ли мне отныне отказаться говорить об этих несчастных кривых?

Н. — Напротив, я хотел бы, чтобы ты объяснил мне, как нужно ими пользоваться в различных условиях эксплуатации транзисторов.

Л. — Что ты подразумеваешь под этим?

Н. — Мы снимали эти характеристики, изменяя напряжение U_к, приложенное между коллектором и эмиттером. И мы делали это при различных значениях тока базы I_б (или, что в принципе одно и то же, при различных значениях напряжения базы U_б). В действительности же наш транзистор не живет как эгоист, изменяя свои- напряжения и токи лишь ради собственного удовольствия… Он должен подавать напряжения 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 R_н (рис. 50).