Какова роль резистора Rq в этом усилителе? Через него на базу транзистора от батареи питания Б подается небольшое начальное напряжение смещения, открывающее транзистор и тем самым обеспечивающее ему работу в режиме усиления. На вход усилителя вместо телефона Тфх можно включить звукосниматель и проиграть грампластинку. Тогда в телефонах Тф2 будут хорошо слышны звуки мелодии или голос певца, записанные на грампластинку.
В этом опыте на вход усилителя подавалось переменное напряжение звуковой частоты, источником которого был телефон, преобразующий, как микрофон, звуковые колебания в электрические, или звукосниматель, преобразующий механические колебания его иглы в электрические колебания. Это напряжение создавало в цепи эмиттер — база слабый переменный ток, управляющий значительно большим током в коллекторной цепи; при отрицательных полуперио- дах на базе коллекторный ток увеличивался, а при положительных — уменьшался (см. графики на рис. 95, б). Происходило усиление сигнала, а усиленный транзистором сигнал преобразовывался телефоном, включенным в цепь коллектора, в звуковые колебания. Транзистор работал в режиме усиления.
Аналогичные опыты ты можешь провести и с транзистором структуры п-р-п, например типа МП35. В этом случае надо только изменить полярность включения источника питания транзистора: с эмиттером должен соединяться минус, а с коллектором (через телефон) — плюс батареи.
Коротко об электрических параметрах биполярных транзисторов. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Тебя же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора /кбо» статический коэфф ициент передачи тока h213 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока /гр.
Обратный ток коллектора /Кбо ~ эт0 неуправляемый ток через коллекторный р-п переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Параметр /КБ0 характеризует качество транзистора: чем он меньше, тем выше качество транзистора. У маломощных низкочастотных транзисторов, например типов МП39 — МП42, /КБО не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных транзисторов — не более 5 мкА. Транзисторы с большими значениями /КБО в работе неустойчивы.
Статический коэффициент передачи тока h213 характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Большая (заглавная) буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме с общим эмиттером (о схемах включения транзистора я расскажу в следующей беседе). Коэффициент
Л21э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор — эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента /г21э» тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзнстор [2].
Граничная частота коэффициента передачи тока/р, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота транзисторов МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 — П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент передачи тока /?21Э транзистора уменьшается.
В практической работе надо учитывать и такие параметры, как максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер, максимально допустимый ток коллектора, а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора Транзистора — мощность, превращающуюся внугри транзистора в тецло.
Основные сведения о маломощных транзисторах массового применения ты найдешь в прилож. 4.
Теперь поговорим о полевом транзисторе.
Рис. 96. Схематическое устройство, графическое изображение ц конструкция долевого транзистора с каналом /7-типа. |
В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название транзистора «полевой».
Схема устройства и конструкции полевого транзистора с р-п переходом показаны на рис. 96. Основой татсого транзистора является пластинка кремния с электропроводностью «-типа, в которой имеется тонкая область с электропроводностью /7-типа. Пластинку прибора называют затвором, а облас1ь /мгипа в ней — каналом. С обеих сторон канал заканчивается истоком и стоком — тоже областями /7-типа, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р-п переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы.
Если к истоку подключить положительный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи (на рис. 96 — батарея £), юв канале возникнет электрический ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Ток, называемый током стока/с, зависит не только от напряжения этой батареи, но и от напряжения, действующего между источиком и затвором (на рис. 96 — элемент Э). И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р-п перехода расширяется (на рис. 96 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, а ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р-п перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, а ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала.
Так (изложено в упрощенном виде) устроены и работают полевые транзисторы с каналом /7-типа, например транзисторы КП102, КП103 (буквы К и П означают «кремниевый полевой»).
Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с каналом л-типа. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электропроводностью, поэтому на него относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) — положительное напряжение источника питания цепи истока.
На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом л-типа стрелка на линии затвора направлена в сторону истока (а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом р-типа).
Усилительные свойства полевого транзистора характеризуют крутизной характеристики S — отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора в схеме с общим истоком. Численное значение параметра S измеряется в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1 —0,2 до 10 —15 и больше. Чем больше значение этого параметра, тем большее усиление сигнала может дать транзистор.
Другой параметр полевого транзистора — напряжение отсечки 17ЗИотс. Это обратное напряжение на р-п переходе затвор — канал, при котором ток через этот период уменьшается до нуля. Для транзисторов различных типов напряжение отсечки может быть 0,5 — 10 В.
Эти параметры, а также предельно допустимые режимы работы некоторых полевых транзисторов широкого применения сведены в табл. 5 (в конце книги).
КОРОТКО О МИКРОСХЕМАХ
Ты, юный друг, современник рождения и внедрения в радиоэлектронику так называемых интегральных микросхем. Интегральная микросхема, или просто микросхема, представляет собой электронный микроблок, содержащий в одном корпусе транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы. Одна микросхема может выполнять функции целого блока ириемника, усилителя, генератора, преобразователя частоты, электронного автомат &.
Внешний вид некоторых интегральных микросхем широкого применения показан на рис. 97. Слева на этом рисунке — микросхема серии К224, в середине — микросхема серии К118, справа — микросхема серии К122. Рядом для сравнения изображена копеечная монета, дающая представление о размерах микросхем этих серий. Масса первой из этих микросхем — 3 г, второй — 1 г, третьей—1,5 г.
А теперь открой с. 190. Там, на рис. 177, 6, показаны принципиальная схема и некоторые размеры микросхемы К1УС181Б (серии К118). Она, как видишь, содержит два транзистора и семь резисторов, образующих двухкаскадный усилитель. На базе только одной такой микросхемы можно построить целый приемник. А ведь такой микроблок относится к числу микросхем первой степени
Рис. 97. Внешний вид некоторых интегральных микросхем. |
интеграции, т. е. к самым простым. В сложных микросхемах, а их объемы такие же, общее число содержащихся в них активных (транзисторы, диоды) и пассивных (резисторы, конденсаторы) элементов может достигать нескольких десятков сотен и даже тысяч. Вот что такое интегральные микросхемы!
По своему назначению интегральные микросхемы подразделяют на аналоговые (или линейно-импульсные) и логические (или цифровые). Аналоговые, а к ним относятся и микросхемы тех серий, которые я здесь называл, используются для генерирования, усиления, преобразования электрических колебаний, например, в приемниках, телевизорах. Логические микросхемы предназначаются для электронных вычислительных машин (ЭВМ), устройств автоматики, приборов с цифровым отсчетом результатов измерений.
По технологии изготовления различают микросхемы гибридные и полупроводниковые. В гибридных микросхемах токонесущие проводники, резисторы, обкладки конденсаторов представляют собой пленки определенных размеров и электрических свойств, нанесенные на диэлектрическую подложку, на которую устанавливают диоды, транзисторы (обычно кремниевые, структуры п-р-п), но без корпусов. У полупроводниковых микросхем все активные и пассивные элементы выполнены в объеме или на поверхности кристалла полупроводника.
Вот то немногое, что коротко можно сказать об интегральных микросхемах. Практика использования микросхем в тех приемниках, разговор о которых у нас еще впереди, поможет лучше представить их перспективность.
Беседа шестая ПЕРВЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРИЕМНИК
Твоим самым первым радиотехническим устройством был детекторный приемник. Работал он исключительно за счет энергии радиоволн, улавливаемых антенной. Транзисторный приемник, которому посвящена эта беседа, тоже простое устройство, но для его работы кроме антенны и заземления потребуется еще батарея гальванических элементов. Потребляя энергию этого источника постоянного тока, транзистор позволит принимать сигналы тех же радиостанций, но со значительно большей громкостью. Он будет твоей первой транзисторной конструкцией.
Но прежде чем приступить к практической стороне дела, поговорим об основных способах включения транзистора.
СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА
Ты уже знаешь, что транзистор, будь он биполярным или полевым, является трехэлектродным прибором. Электроды биполярного транзистора — Эхмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора, независимо от его структуры, в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких-либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он-то и определяет название основных схем включения транзистора: с общим эмиттером (О Э), с общим коллектором (О К), с общей базой (ОБ). Применительно к полевому транзистору эти схемы называют соответственно: с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС) и с общим затвором (03).
Включение биполярного транзистора структуры р-п-р по схеме ОЭ показано на рис. 98, йг. Напряжение источника питания Unm на коллектор транзистора подается через резистор ЯКУ являющийся нагрузкой, на эмиттер — через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах знаком «_1_». Входной сигнал через конденсатор связи Ссв подается к выводам базы и эмиттера, т. е. к участку база — эмиттер транзистора, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении транзистора является общим для входной и выходной цепей.
Вспомни схемы и рисунки, которыми в предыдущей беседе я иллюстрировал работу транзистора как усилителя? Как ты включал транзистор, когда заставлял его работать в режимах усиления и переключения? Да, транзистор ты включал по схеме ОЭ. И это не случайно: транзистор, включенный таким способом, в зависимости от статического коэффициента передачи тока /ь|э может дать 10—200-кратное усиление сигнала по напряжению и 20—100-кратное усиление сигнала по току. Благодаря таким усилительным свойствам способ включения транзистора по схеме ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью.
Существенным недостатком усилительного каскада на транзисторе, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление — всего 500 — 1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р-п переход транзистора включен в прямом, т. е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2 — 20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки (RJ и усилительных свойств транзистора.
Включение транзистора по схеме ОК ты видишь на рис. 98,6. Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Лэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего одновременно роль нагрузки коллекторной цепи, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора — ОК.
Рис. 98. Способы включения биполярных транзисторов. |
Каскад с транзистором, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление по току получается на единицу больше статического коэффициента передачи тока в схеме ОЭЛ21Э’ т* е- примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада большое, 10 — 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад совсем не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере транзистора практически полностью повторяет входное напряжение.
Почему каскад не усиливает напряжение? Давай соединим через резистор цепь базы транзистора с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Яэ, как показано на рис. 98, б штриховыми линиями. Этот резистор — эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала RBX, например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Лвх с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе R3, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор RBK оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями создается очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиление получается такое же, как и при включении транзистора по схеме ОЭ.
Теперь о включении транзистора по схеме ОБ (рис. 98, в). Здесь база через конденсатор Cq по-переменному току «заземлена», т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и «заземленной» базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме ОЭ (10 — 200). Из-за очень малого входного сопротивления, не превышающего нескольких десятков ом (30 — 100 Ом),
такое включение тразистора используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями, о чем у нас будет разговор в одной из
последующих бесед.
Ты чаще всего будешь пользоваться включением транзистора по схеме ОЭ,
реже по схеме ОК. Но это только способы включения. А режим работы
Рис. 99. Простейший усилитель. |
транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах и токами в цепях, при которых он не искажает усиливаемый сигнал.
Ты уже знаешь, что для нормальной работы транзистора на его базу кроме входного сигнала подают еще открывающее его напряжение смещения: для транзистора структуры р-п-р — отрицательное, для транзистора структуры п-р-п — положительное. Наиболее простой способ подачи напряжения смещения — это соединение базы транзистора с соответствующим проводником источника питания через резистдр. Такую роль в усилителях по схемам на рис. 98 выполняют резисторы R6.
Чтобы открыть германиевый транзистор, на его базу относительно эмиттера достаточно подать всего 0,1 В. Нетрудно подсчитать (по закону Ома), что такое напряжение может создать в эмит терном переходе, сопротивление которого примем за 1000 Ом, ток 100 мкА (0,0001 А). При этом в зависимости от И2\э транзистора в его коллекторной цепи ток может достигать 1 — 1,5 мА. Примерно в такой режим работы и ставят обычно маломощный транзистор, чтобы он при усилении не искажал сигнал. Дальнейшее увеличение напряжения смещения, а значит и тока коллектора, не имеет смысла, так как от этого усиление сигнала не возрастет, а лишь увеличится расход энергии на питание транзистора. А если напряжение смещения па базе окажется слишком большим? Транзистор тоже будет искажать сигнал и, кроме того, станет нагреваться из-за большого тока коллектора.
Такой ток должен бьпь и в коллекторной цепи маломощного кремниевого транзистора, но при напряжении смещения на базе 0,5-0,6 В.
На рис. 99 показана схема простейшего усилительного каскада на германиевом транзисторе структуры р-п-р. Она тебе уже знакома по предыдущей беседе (см. рис. 95). Но здесь возле реистора /?б поставлена звездочка, в коллекторной цепи появился косой крест, а возле него указан рекомендуемый ток покоя этой цепи. Ток покоя — это коллекторный ток на базе транзистора в отсутствие сигнала. Такой режим называют также статическим. Рекомендуемый ток покоя устанавливают при налаживании усилителя подбором резистора R6, что и символизирует звездочка. Когда на вход каскада будет подан сигнал, коллекторный ток станет изменяться, и тем больше, чем больше напряжение входного сигнала. Это — динамический режим работы транзистора.
Ориентировочное сопротивление резистора смещения R6 можно подсчитать по такой формуле: R6= UJIEn.
Допустим, что ток покоя базовой цепи /Бп = 50 мкА (0,00005 А), а напряжение батареи питания UimT = 9 В. Сопротивление резистора следовательно (по закону Ома), должно быть R6 = 9/0,00005 = 180 кОм.
Это, повторяю, ориентировочное сопротивление базового резистора смещения. Во время подгонки заданного режима оно в зависимости от h21э транзистора может быть значительно изменено.
7; МП39-МПЧ2 |
|
|
\10>0хт ' Юн I |
Рис. 100. Детекторный приемник с однокаскадным усилителем звуковой частоты. |
Каким должно быть сопротивление нагрузочного резистора Такое, чтобы Перехожу к практике. ОДНОТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРИЕМНИК Схема твоего первого транзисторного приемника может быть такой, как Источником питания служит батарея Б{ напряжением 4,5 В, например ба- Обращаю внимание на полярность включения электролитического конденса- Детали усилителя и резистор R{ смонтируй на куске картона примерно должен соединяться через телефоны В усилителе используй мало- |
сатор С4 — типа К50-6 или К50-3, ЭМ на номинальное напряжение не менее 6 В. Через резисторы Л, и R2 текут незначительные токи, поэтому они могут быть иа мощность рассеяния 0,125 Вт (MJIT-0,125). Сопротивление резистора Rl может быть 6,8-10 кОм.
Рис. 101. Монтаж усилителя и схема подгонки режима работы транзистора с помощью неременного резистора. |
Транзистор усилителя может быть структуры п-р-п, например МП35 — МП38. В этом случае надо только изменить полярность включения батареи питания и электролитического конденсатора.
Проверь монтаж усилителя по принципиальной схеме —нет ли ошибок? Ко входу усилителя подключи выход любого из тех детекторных приемников, с которыми ты экспериментировал в третьей беседе. Подключи к контуру приемника антенну и заземление, а параллельно резистору R{ — высокоомные головные телефоны. Настрой приемник на местную радиостанцию. Затем телефоны включи в коллекторную цепь транзистора, а резистор R2 временно замени двумя соединенными последовательно резисторами: постоянным на 22 — 33 кОм и переменным на 390—470 кОм. Постоянный резистор в этой цепочке нужен для того, чтобы избежать попадания на базу транзистора ‘полного напряжения батареи, из-за чего он может испортиться. Движок переменного резистора, включенного реостатом, поставь в положение наибольшего введенного сопротивления (по схеме на рис. 101 — в крайнее верхнее), а затем, подсоединив батарею, медленно уменьшай сопротивление переменного резистора. При этом громкость звучания телефонов должна постепенно нарастать, но только до некторого предела, после которого появятся искажения и звук в телефонах пропадет. Поставь движок переменного резистора в такое положение, когда звук в телефонах наиболее громкий и неискаженный.
На этом по существу и заканчивается процесс налаживания усилителя. Останется только измерить омметром суммарное сопротивление временной цепочки резисторов, впаять в базовую цепь транзистора резистор такого же или ближайшего номинала, еще раз проверить работу приемника и смонтировать детали на постоянной панели. Но этим ты займешься позже, после нашей беседы, самостоятельно. Сейчас же я предлагаю проверить в работе несколько вариантов такого приемника.
Прежде всего — включи в цепь питания последовательно еще одну батарею 3336JT, чтобы увеличить напряжение источника питания до 9 В, и точно так же переменным резистором добейся наиболее громкого и неискаженного приема сигналов той же радиостанции. Теперь телефоны будут звучать немного громче.
Это потому, что увеличилось напряжение источника питания. Затем замени батарею питания одним элементом — 332 или 343. Теперь, чтобы добиться наиболее громкого приема, сопротивление подстроечной цепочки придется уменьшить. Телефоны будут звучать тише.
Рис. 102. Соединение транзисторов по схеме составного транзистора. |
Зависит ли громкость звучания телефонов от статического коэффициента передачи тока к2ХЭ транзистора? Конечно, и значительно больше, чем от напряжения источника питания. А чем больше h2\э используемого транзистора и напряжение источника питания, тем больше должно быть сопротивление резистора в базовой цепи транзистора.
В твоем распоряжении могут оказаться транзисторы с малым Л21Э, равным 10—15. Транзистор с таким И2\э ДОст меньшее усиление низкочастотного сигнала и телефоны будут звучать тише. Но и в этом случае можно добиться громкого радиоприема, если в усилителе будет работать не один, а два таких транзистора. Соедини их так, как показано на рис. 102: коллекторы транзисторов вместе, а эмиттер первого транзистора Г, — с базой второго транзистора Г2. Получится так называемый с о- ставной транзистор Г,7\. Усиление составного транзистора приблизительно равно произведению h2yj входящих в него транзисторов. Так, например, если h2п каждого из транзисторов 15, то коэффициент Л21Э составного транзистора будет около 200.
Проверь работу составного транзистора в твоем опытном приемнике. При этом учти: первым транзистором (7^) должен быть тот из составляемых транзисторов, у которого обратный ток коллекторного перехода /кбо меньше.
Обязательно ли конденсатор С4 должен быть электролитическим? Нет, но его емкость должка быть большой, во всяком случае не меньше 1 мкФ, чтобы оказывать возможно меньшее емкостное сопротивление току звуковой частоты. Среди малогабаритных бумажных нет конденсаторов, обладающих такими емкостями. А если в этом связующем узле приемника будет стоять конденсатор меньшей емкости, то на нем будет падать большая часть напряжения тока звуковой частоты, чем на эмиттерном р-п переходе транзистора, из-за чего будет проигрыш в усилении. Чтобы снизить потери, емкостное сопротивление этого конденсатора должно быть по крайней мере в 3 — 5 раз меньше входною сопротивления транзистора. Этому требованию и отвечают электролитические конденсаторы.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 23 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
