Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-142. Мощность усиливаемого сигнала выделяется в нагрузке. Чтобы от общих представлений об усилителях, от усилителя в принципе, сделать первый шаг к конкретным усилительным схемам, нужно включить в цепь, где проходит коллекторный ток, нагрузку. Именно нагрузка отбирает у меняющегося коллекторного тока мощность, отбирает мощность у «мощной копии» сигнала, превращает ее в звук, в свет на телевизионном экране, в какое-либо действие в системе автоматического управления или, наконец, просто в более мощный электрический сигнал, который подвергается дальнейшей обработке. Соответственно в качестве нагрузки может быть включен громкоговоритель, кинескоп, исполнительное устройство электронного автомата. Но для электрических цепей усилителя все они не более чем потребители энергии, не более чем резисторы. И, интересуясь пока только «электрическими событиями» в транзисторном усилителе, будем считать его нагрузкой обычный резистор R_н (Р-84;6). Тем более что очень часто, когда от усилителя требуется просто более мощный электрический сигнал, именно резистор включен в коллекторную цепь.

Т-143. Усиление по мощности складывается из усиления по току и усиления по напряжению. Что должен сделать усилитель, усиливая слабый сигнал? Увеличить ток? Увеличить напряжение? Усилитель должен увеличить мощность сигнала. Если можно было бы обойтись только напряжением или только током, то не нужен был бы никакой усилитель, все прекрасно сделал бы обычный трансформатор. Усилитель применяют, когда от сигнала требуется большая мощность, когда у него просто не хватает сил, как, скажем, в примере с микрофоном и громкоговорителем (Т-122).

Мощность — произведение тока на напряжение, Р = U∙I (Т-41). А значит, можно разными способами увеличивать мощность, менять один из сомножителей — ток I, или напряжение U, или оба вместе.

На рисунке Р-84 показано несколько примеров того, что может произойти с мощностью электрического сигнала в некотором условном его преобразователе — он изображен в виде квадрата. Цифры в примерах подобраны так, чтобы без громоздких вычислений можно было уловить суть дела. Первый пример относится к трансформатору и подтверждает, что он не увеличивает мощность сигнала. Мощность могут повысить разные схемы транзисторных усилителей, но делают они это по-разному. Схема ОБ, увеличивая напряжение сигнала (об этом принято говорить так — схема дает усиление по напряжению), схема ОК — за счет увеличения тока (усиление по току), а схема ОЭ, увеличивая и ток и напряжение, причем, как правило, в различное число раз. Нужно, по-видимому, пояснить, что загадочные буквы ОБ, ОК и ОЭ означают «общая база», «общий коллектор» и «общий эмиттер», они отражают некоторые особенности включения самого транзистора в схему усилителя. Об этих особенностях речь впереди (Т-190), а пока знакомство с транзисторным усилителем продолжим на примере самой распространенной его схемы ОЭ, которая, кстати, рассматривалась и во всех предыдущих примерах (Р-83, Р-84;6).

Т-144. Усилительные возможности транзистора отражает его коэффициент усиления по току (В). То, что транзистор дает усиление по току, связано с процессами, которые происходят в базе. Все попавшие сюда из эмиттера заряды можно разделить на две части — те, что проходят в коллекторный переход и в итоге включаются в коллекторный ток, и те заряды, которые в коллекторный переход не попадают, а циркулируют во входной цепи, поддавшись притягивающему действию напряжения на базе.

Не забывайте — эмиттерный переход открыт, когда на базе «минус», и она старается забрать себе все свободные положительные заряды, все дырки, которые приходят из эмиттера. Это нормальное, законное действие базы: если бы оторвать от транзистора коллектор, то в базовой цепи циркулировали бы вообще все заряды, вышедшие из эмиттера. Однако же коллектор существует, и за счет диффузии в тонкой базе часть зарядов отклоняется от своего нормального, законного пути во входную цепь, попадает в коллекторный переход.

Введем несколько обозначений. Все заряды, которые вышли из эмиттера, создают эмиттерный ток I_э (Р-85; 1), те, что попали в коллекторный переход, создают коллекторный ток I_к, а те, что сумела захватить база, воспользовавшись своими законными правами, своим «минусом», замыкаются по входной цепи и создают базовый ток I_б.

Р-85