Шаг за шагом. Транзисторы
Шрифт:
Рис. 60. Собственные (неосновные) свободные заряды базы создают небольшой коллекторный ток, который не управляется, то есть не подчиняются управляющему напряжению на базе.
Сейчас настал момент сделать короткую остановку и обратить внимание на одну очень интересную особенность коллекторной цепи. До сих пор у нас не было случая поговорить об этой особенности, а сейчас как раз наступил удобный момент. Дело вот в чем. В коллекторной цепи транзистора работают только неосновные заряды. Действительно, заряды, которые
Но в базе, как вы сами понимаете, имеется два сорта дырок: собственные (тепловые) дырки и чужие, впрыснутые из эмиттера. Оба сорта дырок — и собственные, и впрыснутые — участвуют в создании коллекторного тока на равных правах, и, казалось бы, между ними нет никакой разницы. Но разница все же есть. Количество впрыснутых дырок мы можем менять по своему вкусу, изменяя напряжение Uэб. Можно вообще прекратить впрыскивание дырок в базу, подав на нее «плюс», достаточный для того, чтобы запереть эмиттерный переход. А вот изменить количество собственных дырок базы мы не можем — это не в нашей власти.
Количество собственных дырок базы определяется лишь свойствами кристалла и температурой. А поэтому ток Iко, создаваемый собственными неосновными носителями базы (ее собственными тепловыми дырками), всегда протекает в коллекторной цепи и не подчиняется воздействию управляющего напряжения. Несколько забегая вперед, заметим, что ток Iко может сильно влиять на режим транзистора. А поскольку этот ток, так же как и обратный ток диода, сильно зависит от температуры (рис. 21), то приходится принимать решительные меры для того, чтобы обеспечить температурную стабильность транзисторного усилителя.
Семейство выходных характеристик — это своего рода сценарий, по которому можно было бы снять увлекательный фильм. Ведь за каждой характеристикой, за каждым ее изгибом и поворотом стоят интересные события, которые происходят в самом транзисторе. А поскольку характеристик много, то события эти сложным образом переплетаются, как в самом настоящем детективе.
Представьте себе, как из эмиттера в базу впрыскиваются свободные заряды (в триоде р-n-р, с которым мы все время имеем дело, из эмиттера в базу впрыскиваются дырки) и как эти заряды в результате диффузии проходят сквозь базу и попадают к коллекторному переходу. Здесь напряжение Uбк «хватает» свободные заряды и с силой бросает их в коллекторную цепь, создав таким образом ток Iк. (Вы, очевидно, уже забыли о примечании на стр. 26? Сейчас как раз наступил момент еще раз обратиться к нему.)
При увеличении коллекторного напряжения Uбк ток Iк немного увеличивается. Мы, к сожалению, не имеем возможности рассказывать обо всех причинах увеличения тока Iк под действием Uбк. Упомянем лишь об одной из этих причин. С увеличением Uбк расширяется лишенная свободных зарядов область коллекторного перехода, и такое расширение
Слово «немножко» мы применили не напрасно — напряжение Uбк очень слабо влияет на величину тока Iк. Как бы ни старалось коллекторное напряжение, оно не может двинуть по коллекторной цепи больше зарядов, чем их поступило из базы. Поэтому резко увеличить коллекторный ток можно только одним способом: нужно увеличить отрицательное напряжение на базе Iэб (мы лишь для краткости говорим «напряжение на базе», фактически речь идет о напряжении между базой и эмиттером) и таким образом впрыскивать из эмиттера в базу большее количество свободных зарядов. При этом мы как бы поднимаемся на ступеньку выше, перескакиваем на более «высокую» выходную характеристику, снятую при более высоком входном напряжении Uэб.
В реальном случае, когда на входе транзистора появляется усиливаемый сигнал и напряжение на базе непрерывно меняется, подобное перескакивание с одной выходной характеристики на другую происходит непрерывно. Но одновременно с этим меняется и напряжение на коллекторе: мы уже говорили (рис. 38), что чем больше коллекторный ток Iк, тем больше напряжение на нагрузке Uн = Iк·Rн, тем меньше напряжение на самом коллекторе Uбк = Eк — Uн.
Как же уследить за всеми этими перепутанными событиями, как определить истинный коллекторный ток и с учетом меняющегося Uэб, и с учетом меняющегося Uбк? Это помогает сделать нагрузочная прямая, или, как ее еще называют, линия нагрузки (рис. 61).
Рис. 61. Нагрузочная прямая показывает, как меняется коллекторный ток под действием входного сигнала и с учетом того, что напряжение на нагрузке (а значив и на коллекторе) тоже меняется при изменении тока.
Давайте посмотрим, как строится такая линия в следующем конкретном случае: Rн = 1 ком и Eк= 12 в. Чтобы построить линию нагрузки, введем в наш сценарий две фантастические ситуации: рассмотрим, что происходит в коллекторной цепи, когда коллекторный ток равен нулю (первая фантастическая ситуация) и когда коллекторный ток настолько велик, что все напряжение батареи теряется на нагрузке и на самом коллекторе вообще нет никакого напряжения (вторая фантастическая ситуация). Подобных ситуаций в реальном случае не бывает, и поэтому мы будем о них говорить, применяя так называемую сослагательную форму «если бы да кабы».
Если бы коллекторный ток был равен нулю, то на нагрузке вообще не было бы никакого напряжения (Uн = 0) и все напряжение источника Eк было бы приложено к коллектору. На основании этого первого «если бы» поставим на нашей характеристике точку А; она как раз соответствует Uбк = Eк, так как напряжение батареи Eк мы приняли равным 12 в.