Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]

Вспомни схемы и рисунки, которыми в этой беседе ты пользовался, заставляя транзистор работать в режимах усиления и переключения. Да, транзистор ты включал по схеме ОЭ. И это не случайно: транзистор, включенный таким способом, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10-200-кратное усиление сигнала по напряжению и 20-100-кратное усиление сигнала по току. Благодаря этому способ включения транзистора но схеме ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью.

Рис. 90. Схемы включения р-п-р транзисторов

Существенным недостатком усилительного каскада на транзисторе, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р-n переход транзистора включен в прямом, т. е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки RK и усилительных свойств транзистора.

Включение транзистора по схеме ОК ты видишь на рис. 90, б. Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора — ОК. Каскад с транзистором, включенным по такой схеме, по напряжению даст усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10-500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ.

По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере транзистора практически полностью повторяет входное напряжение.

Почему каскад не усиливает напряжение? Давай соединим резистором цепь базы транзистора с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на рис. 90, б штриховыми линиями Этот резистор — эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх, например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являвшемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме ОЭ.

Теперь о включении транзистора по схеме ОБ (рис. 90, в). В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме ОЭ (10-200). Из-за очень малого входного сопротивления, не превышающего нескольких десятков ом (30-100 Ом), включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями, о чем у нас разговор впереди.

Ты чаще всего будешь пользоваться включением транзистора по схеме ОЭ, реже — по схеме ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора.

Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Тебя же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора IКБО, статический коэффициент передачи тока h21э (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока fгp.

Обратный ток коллектора IКБО - это неуправляемый ток через коллекторный р-n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра IКБО  меньше, тем выше качество транзистора. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39-МЕ42, IКБО не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных — 5 мкА. Транзисторы с большими значениями IКБО в работе неустойчивы.

Статический коэффициент передачи тока h21э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Большая (заглавная) буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме ОЭ. Коэффициент h21э, характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h21э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор.[1]

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота fгр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401-П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h21э транзистора уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры транзисторов, как максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер UКЭ max, максимально допустимый ток коллектора IК max, а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора транзистора РК max — мощность, превращающуюся внутри транзистора в тепло.

Основные сведения о параметрах биполярных транзисторов широкого применения ты найдешь в приложении 7.

Теперь настало время поговорить о полевом транзисторе.

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название транзистора «полевой».

Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р-n переходом показаны на рис. 91.

Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа n, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа р. Пластину прибора называют затвором, а область типа р в ней — каналом.

С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком — тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р-n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы.

Если к истоку подключить положительный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 91 батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока IC, зависит не только от напряжении этой батареи, но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 91 элемент G). И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р-n перехода расширяется (на рис. 91 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из-за чего ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р-n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала.