Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Вторая серия опытов начинается с того, что лампочку на 3,5 В мы подключаем к источнику с напряжением 1,5 В и убеждаемся, что лампочка не горит. Мало напряжение, по нити идет слишком слабый ток, в ней выделяется недостаточная тепловая мощность. Однако напряжение 1,5 В можно использовать для зажигания лампочки, если управлять этим процессом через транзистор (Р-83;11). Здесь энергию для свечения лампочки дает коллекторная батарея 4,5 В, а напряжение 1,5 В от элемента лишь подает команду «Светить!» (R_огр  = 100 Ом ограничивает базовый ток; этот резистор нужен во всех случаях, когда мы от мысленных экспериментов переходим к опытам «в металле» и при этом напряжение на базу подаем от отдельной батареи).

Следующий шаг: плавное изменение управляющего напряжения с помощью переменного резистора (Р-183;12) — ток в коллекторной цепи (о нем можно судить по яркости свечения лампочки) следует за всеми изменениями входного напряжения. Значит, если подать на вход транзистора, то есть подвести к эмиттерному рn-переходу, реальный электрический сигнал, то в коллекторной цепи появится его мощная копия. Переменный резистор в этом опыте — 1 килоом.

Убедившись на опыте в замечательных усилительных способностях транзистора, шагнем дальше, попробуем разобраться в том, как это делается.

Т-141. Открытый эмиттерный рn-переход «впрыскивает» заряды в коллекторный рn-переход и тем самым меняет его сопротивление, управляет коллекторным током. Прежде всего обратите внимание на то, в какой полярности поданы напряжения на эмиттерный и коллекторный рn-переходы. Коллекторная батарея подключена «минусом» к коллектору и «плюсом» к базе (в наших схемах «плюс» соединен с базой через эмиттер, есть схемы, где они соединяются непосредственно), и поэтому коллекторный переход, по сути дела, представляет собой диод, включенный в обратном направлении, сопротивление его очень велико (Р-84;6).

Р-84

А к эмиттерному рn-переходу напряжение подведено в такой полярности, что переход открыт и участок база-эмиттер ведет себя как диод, включенный в прямом направлении: сопротивление его мало, через переход идет прямой ток.

Если бы коллекторный и эмиттерный рn-переходы были изолированы дин от другого, то на этом описание событий и закончилось бы. Но в р-n-р транзисторе у двух диодов общая зона n, и именно в ней вступает в действие новая сила — диффузия. Диффузию нам приходится наблюдать довольно часто. Например, когда в стакан воды попадает капля чернил и быстро окрашивает всю воду. Это работает диффузия — «распространение вещества в среде, обусловленное неодинаковостью его концентрами за счет энергии теплового движения».

Диффузия играет исключительно важную роль в работе транзистора, свободные положительные заряды — дырки (их приносит в базу эмиттерный ток) в результате диффузии быстро распространяются по всей базе и при этом, естественно, попадают в область коллекторного рn-перехода. И вот тут-то и происходит самое главное — «минус» коллекторной батареи хватает положительные заряды и сильно тянет их к себе, в транзисторе появляется коллекторный ток. Коллекторная цепь, до этого разорванная большим сопротивлением закрытого рn-перехода, начинает проводить ток: его всегда готова создать коллекторная батарея, были бы свободные заряды. И поэтому если меняется ток в эмиттерном переходе, то меняется ток и в коллекторном переходе, для которого эмиттерный переход просто-напросто дает сырье, поставляет свободные заряды (Т-8). Итак, мы нашли нужную пару независимых и в то же время «пересекающихся» физических процессов: ток в цепи эмиттер-база и коллекторный ток. Образно говоря, мы нашли «заслонку», которую искали (Т-126), нашли способ менять сопротивление реостата (коллекторная цепь) с помощью электрического сигнала (напряжение на участке база-эмиттер), но сможет ли эта пара процессов давать усиление? Будет ли изменение мощности в коллекторной цепи больше, чем затраты мощности на создание тока в цепи эмиттер-база?

Ответ на этот принципиальный вопрос — усилитель или ослабитель? — был получен нами еще «до того» в нескольких простейших экспериментах (Р-83;11,12), доказавших: с помощью транзистора можно усиливать электрические сигналы.

* * *

33. Некоторые сочетания звуков кажутся нам приятными (консонанс), другие же — неприятными, раздражающими диссонанс) (Т-243).

34. Консонансы (приятные созвучия) возникают потому, что некоторые гармоники основных звуков совпадают по частоте (Т-243).

Глава 10 От усилителя к усилителю