Шаг за шагом. Транзисторы

Вот эти изменения (рис. 71).

Рис. 71. Входной ток в схеме ОЭ значительно (в β раз) меньше, чем в схеме ОБ, и это приводит к появлению многих ценных качеств схемы с общим эмиттером.

Поскольку в β раз уменьшается входной ток, а выходной (коллекторный) остается без изменений, то можно сказать, что транзистор усиливает уже не только напряжение, но еще и ток в β раз. Отсюда и название — коэффициент усиления по току.

Входное сопротивление возрастает примерно в β раз нее в β + 1 раз) опять-таки потому, что в β раз уменьшается входной ток, который определяет это сопротивление. Ничего не поделаешь, закон Ома — R = U: I; чем меньше ток, тем, значит, больше сопротивление.

Для управления транзистором от сигнала требуется в β раз меньшая мощность. Опять же потому, что в β раз уменьшается входной ток, определяющий эту мощность. Чем меньше ток, тем меньше мощность — Р = U·I. А если в β раз уменьшается входная мощность при неизменной выходной мощности, то, значит, коэффициент усиления по мощности также возрастает в β раз.

Как видите, коэффициент β оказывает сильнейшее влияние на параметры усилителя, и не случайно при выборе транзистора для той или иной схемы любители прежде всего обращают внимание на его коэффициент β, стараясь выбрать транзистор, у которого этот коэффициент побольше.

Нужно сразу же предупредить, что выбирать транзисторы, руководствуясь только одним лозунгом «Даешь бету!», тоже неверно. Во-первых, транзисторы с более высоким β, как правило, стоят дороже, а многие из них не всегда легко достать. И может случиться так, что, применив транзистор с высоким β в схеме, где он не очень нужен или даже совсем не нужен, вы тем самым лишите своего товарища — это ведь неважно, знакомого или незнакомого — возможности применить такой транзистор в схеме, где он необходим.

Во-вторых (если вам еще не достаточно «во-первых»!), при включении транзисторов с высоким β в схему, которая на них не рассчитана, может произойти не улучшение, а ухудшение параметров этой схемы, вплоть до ее полной непригодности. Это ведь только говорится, что маслом каши не испортишь. А попробуйте на полтарелки каши положить полтарелки масла. Вряд ли вам такое блюдо покажется вкусным, не говоря уж о том, что от него идет прямая дорога к врачу. Вот так и применение транзистора со слишком большим β может иногда привести к неприятным последствиям, превратив, например, усилитель в генератор.

В электронных схемах нужно применять транзисторы с таким коэффициентом β, на который эти схемы рассчитаны. Разумеется, применяя транзисторы с более высоким β, часто можно создавать более эффективные схемы, с лучшими параметрами. Но в то же время не менее интересно при разработке или совершенствовании схем получить хорошие результаты, применяя дешевые и доступные транзисторы с низким коэффициентом β.

Кстати говоря, коэффициент β так же, как и коэффициент α, говорит о том, какая часть эмиттерного тока используется для создания коллекторного тока, а какая часть уходит через базу. Но только а показывает, какую часть от I_э составляет I_к, а коэффициент β показывает, во сколько раз ответвляющийся в базу ток β меньше основного тока I_к. Поскольку коэффициенты α и β характеризуют один и тот же процесс разделения I_э на две части (примерно гак же период колебаний и частота характеризуют один и тот же процесс), то эти коэффициенты связаны друг с другом, и, зная один из них, можно легко подсчитать другой (рис. 72).

Рис. 72. Оба коэффициента α и β по-разному характеризуют одно и то же: ответвление части эмиттерного тока в базу.

Схема с общим эмиттером имеет серьезные достоинства (усиление по току, большое усиление по мощности и сравнительно высокое входное сопротивление) и серьезные недостатки. Однако ничего плохого о схеме ОЭ мы сейчас говорить не будем. И совсем не потому, что собираемся замалчивать ее недостатки — о них еще будет особый разговор. Мы не будем говорить о недостатках схемы ОЭ, потому что в большинстве случаев с ними удается вести эффективную борьбу, и не стоит умалять поэтому важные достоинства схемы. Освобожденная от недостатков и не утратившая достоинств схема ОЭ является основной схемой транзисторных усилителей.

И все же схема с общим эмиттером — только основная практическая схема, но никак не единственная. В ряде случаев она уступает место уже хорошо знакомой нам схеме с общей базой или схеме с общим коллектором (схема ОК; рис. 73), с которой нам сейчас предстоит познакомиться. Кстати, эту схему иногда называют «эмиттерный повторитель».

Привыкнув к тому, что в схемах ОБ и ОЭ усиливается напряжение, следовало бы прежде всего назвать усилитель, работающий по схеме ОК, не усилителем, а ослабителем. Действительно, в схеме ОК управляющее напряжение подводится к своеобразному делителю, в который входит сопротивление нагрузки R_н и эмиттерный рn-переход транзистора. Для того чтобы возникновение этого делителя стало более наглядным, на одном из листов рис. 73 база транзистора несколько вытянута и изогнута. Это, разумеется, лишь графический трюк, который никакого отношения к устройству транзистора не имеет. Этот трюк нужен для того, чтобы на самом рисунке поставить в один ряд эмиттерный pn-переход и нагрузку R_н, а затем наглядно показать их подключение к источнику сигнала в виде делителя напряжения. Напряжение входного сигнала U_вх, подведенное к делителю, делится между его участками — между эмиттерным pn-переходом и нагрузкой R_н.

Рис. 73. Главная особенность схемы с общим коллектором (ОК) — высокое входное сопротивление.

Поэтому на долю нагрузки приходится переменное напряжение U_вых, которое никак не больше, чем U_вх, а напротив, даже меньше его. Именно так — часть напряжения сигнала остается на эмиттерном pn-переходе, выходное напряжение всегда меньше, чем входное напряжение, то есть схема ОК ослабляет напряжение. С этим как раз и связано название «эмиттерный повторитель» — схема не усиливает напряжение сигнала, а лишь повторяет его, оставляя неизменным (практически U_вых лишь незначительно меньше, чем U_вх).

Так же как эго было и при знакомстве со схемой ОЭ, сразу же возникает куча вопросов. Для чего нужен такой схемный фокус? Зачем подавать входной сигнал не на его законное место, не на эмиттерный переход, а туда, где входному сигналу вообще нечего делать, — на переход база-коллектор (всмотритесь в схему: именно между базой и коллектором включен источник сигнала). Как же в такой схеме входной сигнал может управлять коллекторным током, если этот сигнал лишен своего командного поста — эмиттерного рn-перехода? Для чего нужно превращать схемы, которые усиливают напряжение, в схему, которая его ослабляет? Если так уж хочется ослабить сигнал, зачем для этого транзистор — достаточно делителя, составленного из двух резисторов!

Ответив на эти вопросы, можно прийти к выводу, что схема ОК работоспособна, что она обладает некоторыми достоинствами и в ряде случаев просто незаменима.