Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Если распутать всю цепочку событий во входной цепи усилителя, то она будет выглядеть так: усиливаемый сигнал — напряжение U_б — действует между базой и эмиттером; слабый сигнал U_б создает прямой ток I_э в эмиттерном переходе; часть этого тока — I_к— уходит в коллекторную цепь, она будет использована для создания мощной копии сигнала; когда меняется напряжение U_б, то меняется I_э, а вместе с ним I_к, это и означает, что слабый сигнал U_б управляет мощным потоком энергии I_к; часть общего тока I/_э замыкается во входной цепи — это базовый ток I_б, он, по сути дела, и определяет ту энергию, которую должен отдавать транзистору источник слабого усиливаемого сигнала.

Отсюда — предельно простой и исключительно важный вывод: чем большая часть I/_э приходится на долю I_к, то есть чем больше I_к по сравнению с I_б, тем большее усиление по току дает транзистор. Или, иными словами, несколько более глубоко отражающими суть дела: чем больший коллекторный ток I_к создается сигналом, который расходует при этом во входной цепи ток I_б, тем выше усиление по току. И наконец, третье описание сложившихся взаимоотношений между токами транзистора: отношение I_к к I_б называется «коэффициент усиления по току» В, и чем выше этот коэффициент В, тем лучше транзистор усиливает ток (Р-84;7,8).

Если бы заряды, вышедшие из эмиттера, поровну делились бы между I_к и I_б, то коэффициент В был бы равен единице и никакого усиления по току не было бы. Если бы I_б оказался больше, чем I_к, то В был бы меньше единицы и транзистор, вместо усиления, ослаблял бы ток. Чтобы ток усиливался, нужно, чтобы В было больше единицы, и чем оно больше, тем выше усиление тока. Правда, транзисторы со слишком высоким В тоже нехороши: применение их связано с рядом трудностей (Т-162). Коэффициент усиления по току для реальных транзисторов лежит в пределах от 10–15 до 250–300. Узнать коэффициент В можно по названию прибора, пользуясь справочной таблицей (С-15), а можно измерить его с помощью простейших приборов (К-16).

Т-145. О взаимосвязи токов и напряжений в транзисторном усилителе рассказывают его вольт-амперные характеристики. Зависимость общего тока I_э в эмиттерном рn-переходе от приложенного к нему напряжения U_б, а вместе с ней зависимость базового тока I_б и коллекторного I_к от этого напряжения (Р-85;2) в точности повторяют знакомую нам уже вольт-амперную характеристику диода (Р-80). Строго говоря, только ток I_э можно считать истинным током через диод, а токи I_б и I_к — это лишь его ответвления, его части. Но части, которые в точности следуют за всеми изменениями целого. Поэтому вольт-амперные характеристики для токов I_б и I_к почти в точности повторяют вольт-амперную характеристику для тока I_э, и если их построить в определенных масштабах (одинаковым отрезкам на вертикальной оси соответствуют разные значения токов), то все три характеристики будут почти неотличимы (Р-85;2).

На основе последних двух характеристик можно построить еще одну — она покажет, как зависит коллекторный ток от базового (Р-85;5), то есть ток I_к, в котором отражен выходной сигнал, от тока I_б, в котором отражен входной сигнал. Эта характеристика пойдет тем круче, чем больше коэффициент усиления по току В — одному и тому же изменению базового (входного) тока при разных В будут соответствовать разные изменения коллекторного (выходного) тока.

Нетрудно построить вольт-амперную характеристику и для коллекторного рn-перехода. Нужно только помнить, что на коллектор подается «минус», что коллекторный переход работает в режиме диода, включенного в обратном направлении, запертого. Вольт-амперная характеристика коллекторной цепи (Р-85;4) — это есть обратная ветвь вольт-амперной характеристики диода (Р-80), для удобства лишь перевернутая «вверх ногами». На этой характеристике целое семейство кривых — они относятся к нескольким значениям тока в эмиттерном рn-переходе.

Вспомните — чем больше открыт транзистор, то есть чем больше напряжение, подведенное к участку эмиттер-база, и, следовательно, чем больший ток I_б идет в этой цепи, тем больше и коллекторный ток I_к. На характеристиках коллекторной цепи это влияние I_б на I_к отражено именно в том, что характеристик этих много, каждая более высокая кривая соответствует большему входному току транзистора. Семейство коллекторных характеристик не только говорит о том, как ведет себя выходная цепь транзистора сама по себе (как I_к зависит от U_к), но и как влияет на ее поведение входная цепь.