ВОСПОМИНАНИЕ № 10. ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. 25 страница
Это большая, очень большая величина. Ведь нормальный, управляемый ток коллектора, возникающий за счет впрыскивания зарядов из базы у маломощного транзистора обычно составляет 2–5 ма. Иными словами, в схеме ОЭ коллекторный ток при нагревании транзистора может увеличиться не на несколько процентов, как в схеме ОБ, а в несколько раз!
Так оборачивается для нас серьезной неприятностью одно из главных достоинств схемы ОЭ – усиление по току. Усиливая полезный ток – ток сигнала, – схема ОЭ «по инерции» усиливает нестабильный и неуправляемый ток Iко , который вынужден проходить через эмиттерный рn ‑переход. (Другого пути для этого тока нет – неосновным зарядам, попавшим из базы в коллектор, проще всего вернуться обратно в базу, пробравшись через всю коллекторную цепь и через эмиттер.)
Из‑за появления большого начального коллектора тока все семейство статических характеристик при нагревании транзистора резко сдвинется вверх и рабочий участок нагрузочной прямой уменьшится (рис. 86, 87).
Рис. 86. Разные схемы по‑разному ведут себя при изменении рабочей температуры.
Рис. 87. Чтобы уменьшить влияние температуры на режим транзистора, применяют схемы, стабилизующие начальное смещение на базе.
В результате уменьшатся переменная составляющая коллекторного тока и переменное напряжение на нагрузке, меньше станет усиление каскада. Вот к каким неприятностям приводит в схеме ОЭ небольшое, казалось бы, увеличение обратного тока Iко ! Возможные масштабы этих неприятностей огромны. Практически усиление может уменьшиться до такой степени, что каскад вообще перестанет усиливать, не говоря уж о том, что с увеличением начального коллекторного тока резко сокращается срок службы коллекторной батареи.
|
|
|
Ясно, что изменение режима при нагревании будет меньше у тех транзисторов, у которых меньше сам неуправляемый обратный коллекторный ток Iко . А величина этого тока уже зависит от свойств полупроводникового материала; например, от того, сколько в нем неосновных зарядов. В нашем примере обратный ток коллектора составлял 10 мка, и при сильном нагревании транзистора это привело к появлению начального, то есть неуправляемого, тока 16 ма. Если бы удалось снизить Iко хотя бы в двадцать раз, то есть до 0,5 мка, то и начальный коллекторный ток при температуре 70 °C тоже не превысил бы 0,8 ма. Это тоже немало, но с такой величиной начального коллекторного тока, пожалуй, уже можно было бы мириться.
Из всего сказанного, по‑видимому, ясно, почему при выборе транзистора для той или иной схемы обращают серьезное внимание на обратный ток коллектора Iко (рис. 88).
|
|
|
Рис. 88. Чем меньше неуправляемый начальный ток коллектора по сравнению со средним током транзистора, тем меньше температура влияет на режим.
Чем меньше Iко у данного транзистора, тем стабильней он работает при изменении температуры, тем большим может быть рабочий участок нагрузочной прямой, тем, следовательно, больше выходное напряжение и переменная составляющая коллекторного тока, тем меньше потребление тока от коллекторной батареи. Обратный ток коллектора Iко можно считать вторым по важности параметром транзистора после коэффициента усиления по току β . В таблице параметров обычно указывают величину Iко с некоторым запасом, и для многих транзисторов этот ток оказывается значительно меньше.
Уменьшение обратного тока коллектора – трудная задача, над решением которой работают физики, химики, технологи, конструкторы, – словом, все, кто участвует в создании транзисторов. В решении этой задачи в последние годы заметен значительный прогресс. Так, в частности, для многих типов серийных транзисторов величина Iко не превышает 1–2 мка, в то время как еще несколько лет назад у лучших образцов транзисторов обратный ток редко был меньше 5–15 мка. (Учтите, что все эти цифры относятся к транзисторам небольшой мощности, для которых максимальный коллекторный ток не превышает нескольких десятков ма . У мощных транзисторов коллекторный ток во много раз больше – вплоть до нескольких ампер, – и поэтому приемлемая величина Iко также значительно больше.) Предполагается, что в будущем удастся настолько уменьшить Iко , что его влиянием можно будет пренебречь. Ну, а пока, для того чтобы уменьшить влияние неуправляемого обратного тока на режим транзистора, пользуются схемами температурной стабилизации режима.
|
|
|
Когда мы говорим об автоматике и автоматах, то, как правило, представляем себе очень сложные устройства с огромным числом деталей, соединительных проводов, электронных ламп, электромагнитных пускателей и реле. Для такого представления об автоматах есть достаточно веские причины. Даже самый, казалось бы, простой из них, такой, например, как автомат для продажи газированной воды, если заглянуть вовнутрь, представляется очень сложной и замысловатой установкой.
В последние годы человеческий разум действительно создал изумительные по своей сложности, по своей «разумности» автоматы – устройства, которые умеют самостоятельно, без помощи человека, управлять различными процессами и аппаратами. Это автоматы, управляющие прокатным станом, огромной электростанцией, космическим кораблем. Это автоматы, которые умеют играть в шахматы, фотографировать с близкого расстояния поверхность Луны, поддерживать нормальный ритм больного сердца.
|
|
|
Но наряду с автоматическими установками, если можно так сказать, высшего ранга, на каждом шагу нам встречаются и очень простые автоматы, выполняющие самые разнообразные мелкие поручения человека. К таким автоматам можно отнести предохранитель, мгновенно разрывающий электрическую цепь при коротком замыкании, автомат для выключения проигрывателя, когда кончается пластинка, автоматический переключатель на елке. К числу простейших автоматов можно отнести и схемы, стабилизирующие режим транзистора.
Почти все схемы автоматической стабилизации работают на одном принципе: они следят за работой транзистора и автоматически компенсируют всякое изменение режима, которое происходит при нагревании.
Две наиболее распространенные схемы автоматической стабилизации делают это следующим образом: при малейшем увеличении постоянного коллекторного тока они как бы уменьшают начальное смещение на базу и тем самым стараются вернуть коллекторный ток к первоначальной величине.
Простейшая схема термостабилизации (рис. 87, листок Б ) отличается от схемы, где никакой стабилизации вообще нет (рис. 87, листок А ), только тем, что сопротивление Rб , с помощью которого задается смещение на базу, подключено не к «минусу» коллекторной батареи, а прямо к коллектору. Это незначительное отличие приводит к весьма значительным последствиям, причем не только к хорошим, но и к плохим.
Дело в том, что при подключении Rб к коллектору не остается постоянным отрицательное смещение, которое поступает на базу. Чем больше коллекторный ток, тем больше падение напряжения на нагрузке Rн , тем меньше напряжение, которое остается на коллекторе, тем меньше и небольшая доля этого напряжения, которая достается эмиттерному переходу и является для него начальным смещением Uсм .
С одной стороны, хорошо: когда из‑за повышения температуры возрастет коллекторный ток, то одновременно уменьшится смещение Uсм и заставит коллекторный ток тоже уменьшиться. Этим, собственно говоря, и будет достигаться автоматическая стабилизация режима.
Но, с другой стороны, подключение Rб не к «минусу», а к коллектору ухудшит усилительные свойства каскада. Всякое изменение коллекторного тока, в том числе и те изменения, которые возникают под действием усиливаемого сигнала, и являются его «мощной копией», будут через Rб воздействовать на базу и будут пытаться сами себя уменьшить. Иными словами, сопротивление Rб , подключенное к коллектору, становится элементом обратной связи, причем именно отрицательной обратной связи, которая, как известно, снижает усиление каскада. Вот почему схема температурной стабилизации, о которой идет речь, применяется там, где не жалко платить усилением за простоту.
Вторая схема термостабилизации (рис. 87, листок В ) хотя и сложнее первой (для второй схемы нужны два дополнительных резистора и один конденсатор), хотя и потребляет от батареи некоторую дополнительную энергию, однако применяется значительно чаще. Ей отдают предпочтение, очевидно, потому, что эта схема позволяет во много раз ослабить влияние температуры на режим каскада и при этом не ухудшает его основных параметров. Прежде всего не снижает усиления.
Идея, на которой построена эта схема, довольно проста. Смещение на базу, то есть постоянное напряжение, действующее между базой и эмиттером, складывается в этой схеме из двух действующих последовательно напряжений. Одно из них – U''см – образуется на резисторе Rэ за счет проходящего по нему коллекторного тока. Полярность напряжения U''см , как всегда в таких случаях, определяется направлением тока, который проходит по Rэ . А направление коллекторного тока таково, что «минус» напряжения U''см всегда направлен в сторону эмиттера, а «плюс» – в сторону базы. Иными словами, напряжение U''см стремится создать на базе положительное, то есть запирающее, напряжение – «плюс» на базе отталкивает дырки назад к эмиттеру.
Второе напряжение, которое участвует в создании смещения, – это U'см . Оно образуется на резисторе Rб2 , который представляет собой часть делителя Rб1Rб2 . Этот делитель делит коллекторное напряжение, и часть его, а именно U'см , подается «минусом» на базу, то есть напряжение U'см стремится создать на базе «минус» относительно эмиттера, стремится отпереть транзистор.
Если включить последовательно две батарейки, причем так, чтобы они действовали друг против друга, то результирующее напряжение будет равно разности напряжений, которые дают эти батарейки. Точно так же напряжение, которое получится в результате взаимодействия U'см и U''см в одной последовательной цепи, равно разности этих напряжений. При этом U'см больше, чем U''см , и на базе оказывается «минус». (Иначе и быть не может – «плюс» запер бы триод и U''см вообще исчезло бы.) А если по каким‑нибудь причинам будет меняться одно из этих двух напряжений, то одновременно будет меняться и их разность – результирующее смещение Uсм = U''см– U'см .
При налаживании усилительного каскада его элементы выбирают так, чтобы U'см было несколько больше, чем U''см , и чтобы их разность давала нужное отрицательное смещение на базу. Когда при повышении температуры возрастает коллекторный ток, то одновременно увеличивается и напряжение U''см = Iк ·Rэ . В итоге меньше становится разностное напряжение Uсм , уменьшается «минус» на базе. А это приводит к уменьшению коллекторного тока, то есть к стабилизации режима.
Чтобы резистор Rэ не стал элементом отрицательной обратной связи, по переменному току, его шунтируют конденсатором.
Эффект автоматической стабилизации проявляется тем сильнее, чем больше сопротивление Rэ. Но, с другой стороны, увеличивать Rэ нежелательно, так как на нем теряется некоторая часть напряжения коллекторной батареи. Так, например, если батарея дает 4,5 в, а напряжение U''см равно 1 в, то «работающая часть» коллекторного напряжения, то есть то, что действует между нагрузкой и эмиттером, уменьшается до 3,5 в.
Второе ограничение эффективности схемы также связано с использованием коллекторной батареи. Дело в том, что схема стабилизирует режим тем лучше, чем меньше общее сопротивление делителя Rб1Rб2 . В этом случае напряжение U'см в меньшей степени зависит от проходящих по делителю собственных токов транзистора. Однако, чем меньше общее сопротивление делителя Rб1Rб2 , тем больше ток, который потребляется этим делителем от коллекторной батареи. Вот и приходится искать «золотую середину» – выбирать элементы схемы так, чтобы и режим был стабильным, и перерасход энергии не оказался слишком большим.
Вот примерные данные деталей и режим схемы, приведенной на листке В , рис. 87. В усилителе высокой частоты на транзисторе П420 детали могут иметь следующие данные: Rн – 5,1 ком, Rэ – 1,5 ком, Rб1 – 20 ком, Rб2 – 5,1 ком и Сэ – 0,05 мкф (в низкочастотном усилителе эта емкость должна была быть во. много раз больше, чтобы емкостное сопротивление конденсатора Сэ всегда было значительно меньше, чем Rэ ). При питающем напряжении коллекторной батареи 9 в на отдельных участках такой схемы в режиме покоя (когда нет сигнала) и при комнатной температуре получаются напряжения: на коллекторе Uк равно 4,1 в; U''см на резисторе Rэ равно 1,4 в; U'см на резисторе Rб1 равно – 1,5 в. Все напряжения измерены относительно общего «земляного» провода, например относительно точки а . Поэтому все напряжения указаны со знаком «минус» – легко убедиться, что относительно точки а эти напряжения – U'см, U''см и Uк – отрицательны. Таким образом, общее напряжение смещения Uсм равно Uсм = U''см – U'см = 1,4 в – 1,5 в = –0,1 в. Отрицательным оно оказалось потому, что U'см больше, чем U''см , и таким образом на базе относительно эмиттера действует «минус».
Увеличение обратного тока коллектора при нагревании может вообще вывести транзистор из строя. Подобная опасность возникает в том случае, если к транзистору, включенному по схеме ОЭ или ОК, подведено коллекторное напряжение, а база при этом вообще никуда не подключена и «висит в воздухе». Появившийся начальный коллекторный ток создаст на эмиттерном pn ‑переходе небольшое напряжение, которое своим «минусом», приложенным к базовой области, слегка отопрет транзистор. При этом коллекторный ток слегка увеличится, кристалл немного нагреется, возрастет число неосновных зарядов. Это «цепная реакция». Ток лавинообразно нарастает, и за какие‑нибудь доли секунды наступает тепловой пробой одного из рn ‑переходов.
Чтобы избежать этой разрушающей лавины, не нужно допускать появления «висящей базы». А для этого при монтаже или налаживании транзисторных схем рекомендуется базу подключить первой, а отключать последней (рис. 89).
Рис. 89. Если подано напряжение на коллектор, а база никуда не подключена, то в транзисторе может произойти лавинообразное нарастание тока и в итоге – тепловой пробой.
Приведенные конкретные данные деталей и режимы транзистора, а также рекомендации относительно «висящей базы» знаменует для нас довольно важное событие. Мы завершаем знакомство с транзисторным усилителем в общем виде и от абстрактного усилителя переходим к конкретному. Переходим к практическим транзисторным схемам.
Глава IV
ТЫСЯЧА И ОДНА СХЕМА
Лет десять назад, когда в продаже появились первые серийные транзисторы, многие любители начали строить карманные приемники. К тому времени в журнале «Радио» были опубликованы две‑три схемы таких приемников, и именно они послужили основой для развития «приемниковой лихорадки». Причем большинство любителей просто копировало журнальные схемы, не отступая от них ни на шаг и даже в точности повторяя расположение деталей на монтажной плате.
Но вот прошло два‑три года, и в журналах, книгах, сборниках появилось множество других схем, чем‑то похожих, а чем‑то различающихся. И сегодня радиолюбитель, который хочет собрать приемник или усилитель, часто задумывается, какую схему из всего этого множества схем выбрать? Нужно сразу сказать, что, несмотря на большое разнообразие, все простые любительские схемы делятся на сравнительно небольшое число основных групп. В пределах такой группы схемные решения зачастую очень похожи.
К основным группам схем, интересующих начинающего любителя, можно отнести собранные на двух‑трех транзисторах приемники с головными телефонами (наушниками), схемы сравнительно простых, но уже на четырех – шести транзисторах приемников прямого усиления для громкоговорящего приема и схемы всеволновых супергетеродинных приемников. Усилители НЧ чаще всего разделяются на такие группы: усилители с выходной мощностью около 0,1 вт (100 мвт) и с маломощными (типа П41) транзисторами в выходном каскаде и усилители с мощными транзисторами (типа П214) и выходной мощностью 1–2 вт. И в той и в другой группе встречаются схемы, где громкоговоритель подключается к выходному каскаду через трансформатор или без него. Начинающие любители проявляют также интерес к простейшим схемам электромузыкальных инструментов и к приборам автоматики.
В этой главе вы найдете схемы, представляющие каждую из названных групп, причем в некоторых случаях принципиальные схемы дополнены монтажными, показывающими один из возможных вариантов (но не единственный!) расположения деталей на монтажной плате. При отборе схем обращалось внимание на такое их качество, которое можно назвать «типичностью». Иными словами, в отобранных схемах используются схемные элементы, которые наиболее часто встречаются в любительской аппаратуре. Кроме того, при отборе схем учитывалась простота их налаживания и сохранение основных параметров при некотором отклонении деталей от указанных на схемах величин.
Все приведенные схемы можно назвать практическими, потому что они были построены в любительских условиях, а некоторые перед* публикацией в книге специально проверялись, дорабатывались или разрабатывались заново. При желании можно в различных вариантах сочетать приведенные схемы (например, пристраивать усилитель НЧ от одного приемника к усилителю ВЧ от другого), менять отдельные схемные элементы (например, в качестве нагрузки включать в усилители ВЧ дроссели, намотанные на ферритовых кольцах вместо предусмотренных схемой резисторов) или даже менять целые схемные узлы (например, включив первый каскад усилителя НЧ по схеме ОК вместо схемы ОЭ). Можно также в некоторых пределах менять данные деталей схемы – уменьшать при необходимости сопротивление нагрузки, увеличивать емкость разделительных конденсаторов, вводить дополнительные развязывающие фильтры и т. п. В результате всех этих «комбинаций» можно получить огромное множество схем, и некоторые из них могут оказаться лучше своих «родителей».
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 123; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!