мер, эмиттерный ток уменьшится на 5 ма, то на 5 ма уменьшится и коллекторный ток; увеличится /э на 20 ма, и на те же 20 ма возрастет и /«. Одним словом, в эмиттерной и коллекторной цепи будут согласованно меняющиеся, всегда одинаковые по величине токи.

Эта радостная весть может вызвать весьма грустные мысли. Действительно, после долгих поисков, после странствий по океанам многих наук мы наконец построили прибор, который из слабого переменного тока делает... точно такой же слабый переменный ток! А где же усиленный сигнал? Где обещанная мощная копия?

Для беспокойства пока нет никаких оснований. То, что на выходе транзистора ток такой же, как и на его входе, еще ни о чем плохом не говорит: чтобы судить об усилении, нужно сравнивать мощности входного и выходного сигналов. А мощность - это не только ток, это еще и напряжение: P=U-I.

Потребителем усиленного сигнала является резистор /?н, и именно на нем выделяется мощность усиленного сигнала или иначе выходная мощность транзисторного усилителя Рвых. Выходная мощность может использоваться по-разному, да и сама нагрузка усилительного каскада может быть различной (вместо Rh, например, может быть включен громкоговоритель, и тогда Рвых расходуется на создание звука). Однако какой бы ни была реальная нагрузка и на что бы ни расходовалась выходная мощность, нагрузку эту почти всегда можно представить в виде резистора н, а выходную мощность -как произведение переменной составляющей коллекторного тока /к~ на переменную составляющую 6/н~ напряжения, действующего на сопротивление нагрузки:

Обратите внимание на то, что выходная мощность определяется не током и напряжением «вообще», а именно переменными составляющими тока и напряжения. Дело в том, что в коллекторной цепи так же, как и в эмиттерной, протекает пульсирующий ток. Конечно, батареи Бсм и Бк создают только постоянные токи h и /к, но с появлением сигнала токи начинают изменяться по величине, становятся пульсирующими.

Пульсирующий коллекторный ток можно довольно просто разделить на постоянную и переменную составляющие. Например, с помощью фильтров, которые применялись нами в выпрямителе и детекторе для разделения постоянных и переменных составляющих (рис. 27-6, 19). Совершенно ясно, что постоянные составляющие коллекторного тока /к= и напряжения на нагрузке нам совсем не нужны: выходной 92

сигнал - это переменный ток и переменное напряжение, в нашем примере /к~ и f/„.. И, не задумываясь пока о конкретных способах выделения этих переменных составляющих, мы только их и учитываем при подсчете выходной мощности, делая вид, что постоянных составляющих /к= и просто не существует.

Поскольку мы договорились, что коллекторный ток равен эмиттерному, то, значит, равны и их переменные составляющие. Одна из них /э~ определяет мощность входного сигнала, другая /к~ - мощность выходного сигнала. Теперь вопрос об усилительных способностях транзистора можно решить только одним способом: сравнить переменное напряжение (Усиг входного сигнала и выходное переменное напряжение f/вых (так мы будем в дальнейшем называть переменную составляющую Ua~). Если окажется, что С/вых больше, чем i/cm. то, значит, выходная мощность больше входной и, следовательно, транзистор усиливает. Чем большее значение Свых нам удастся получить, тем большим будет и усиление сигнала.

К эмиттерному переходу приложено напряжение усиливаемого сигнала. Если мы захотим подсчитать это напряжение, то нужно будет воспользоваться уже знакомой формулой закона Ома -t/cHr=/3~-/?Bx- Здесь/?вх -это так называемое входное сопротивление транзистора, сопротивление, которое входной сигнал встречает со стороны эмиттерного перехода. Вскоре мы подробно выясним, от чего зависит и чему равно входное сопротивление. А пока ограничимся лишь общим выводом: входное сопротивление Rbx очень мало. В общих чертах, по-видимому, ясно, что это должно быть именно так потому, что входное сопротивление - это, по сути дела, сопротивление эмиттерного рп-перехода, а этот переход благодаря смещению всегда включен в прямом, проводящем направлении. И, как всякий диод, он обладает небольшим прямым сопротивлением.

То, что для подсчета входного напряжения f/сиг мы пользуемся входным сопротивлением транзистора Rbx, по-видимому, требует некоторых пояснений.

Разумеется, мы не можем менять сопротивление Rbx так, как меняем по своему вкусу сопротивление нагрузки, да и напряжение С/сиг получаем уже в готовом виде. Но ведь мы и не говорим: «напряжение (Усиг зависит от сопротивления /?вх»-Мы просто отмечаем, что напряжение на каком-либо участке цепи (в данном случае это относится к напряжению Усиг) во всех случаях равно произведению тока на сопротивление.

Умножив ток на сопротивление, можно подсчитать и выходное напряжение транзисторного усилителя, то есть пере-

менное напряжение на нагрузке: (/н- = {/вых=/к~-н. Отсюда следует: чтобы увеличить переменное напряжение на нагрузке, есть два пути - увеличение /к~ и увеличение Rh- На величину коллекторного тока мы как будто повлиять не можем: к коллектору не может двигаться больше зарядов, чем их приходит в базу из эмиттера. Значит, для увеличения С/вых остается одно: нужно увеличить сопротивление нагрузки. Чем больше будет Rh, тем больше будет и действующее на нем напряжение. А именно оно в данном случае и определяет возможности всего нашего усилительного каскада (каскадом называют блок электронной аппаратуры, способный решать какую-либо самостоятельную задачу, в частности - усиливать сигнал).

До каких же пор можно увеличивать сопротивление нагрузки Rh в погоне за большим выходным напряжением? Здесь есть два ограничения, но нам пока достаточно познакомиться хотя бы с одним.

Вся коллекторная цепь нашего транзисторного усилителя, по сути дела, представляет собой делитель напряжения. Делитель этот состоит из двух основных участков - нагрузки и коллекторного перехода, и напряжение коллекторной батареи Бк делится между этими двумя участками. Поэтому, увеличивая Rn, можно дойти до того, что все напряжение достанется именно этому сопротивлению, а на коллекторе (точнее, на коллекторном переходе) вообще не останется никакого напряжения (рис. 38). А это в свою очередь означает, что, увеличивая Ru, нужно всегда учитывать и величину сопротивления коллекторного перехода. Если, например, окажется, что сопротивление коллекторного перехода имеет ту же величину, что и Rh,- его можно назвать выходным сопротивлением транзистора /?вых,- то каждому из этих участков достанется половина напряжения, а с этим еще вполне можно мириться.

Чуть позже мы подробно остановимся на том, что представляет собой выходное сопротивление транзистора. Мы узнаем, что оно может быть различным для постоянного и переменного тока, что величина его зависит и от режима входной цепи (это, собственно говоря, нам уже известно - входная цепь в основном тем и занимается, что меняет сопротивление коллекторного рп-перехода,впрыскивая в него, разумеется через базу, свободные заряды). Пока же мы ограничимся некоторым общим высказыванием: выходное сопротивление транз>1стора весьма велико, коллекторный переход, по сути дела, представляет собой диод, включенный в обратном направлении. Во всяком случае, в коллекторную цепь транзистора малой мощности можно смело включить нагрузку с сопротивлением Б несколько килоом, не опасаясь серьезных неприятностей,

Рис. 38. При слишком большом сопротивлении нагрузки постоянное напряжение иа коллекторе может упасть до нуля.

в том числе слишком сильного уменьшения напряжения на самом коллекторе. Для определенности примем, что в коллекторную цепь нашего транзистора включена нагрузка Rh= = 10 К0Л1. Это вполне реальная цифра.

Мы ограничили сопротивление резистора Rh из боязни потерять на нем слишком большую часть постоянного коллекторного напряжения и оставить слишком малое постоянное напряжение на самом коллекторе. Но можно ведь вместо резистора Rb включить в коллекторную цепь такой элемент, который будет представлять очень большое сопротивление для переменного тока и очень малое - для постоянного. Примером такого элемента может служить уже знакомый нам дроссель или трансформатор. Из-за разного сопротивления для переменной и постоянной составляющих коллекторного тока (возможные величины этих сопротивлений 50 ком и 5 ом) на этом элементе будет создаваться большое переменнЬе напряжение и почти не будет теряться постоянное (рис. 38).

Это, конечно, позволит безболезненно увеличить сопротивление нагрузки, но опять-таки не до бесконечности. Избавившись от опасности слишком уменьшить постоянное напряже-

ние на коллекторе, мы столкнемся с другими ограничениями (о них будет рассказано на стр. 179) и все равно не сможем увеличить сопротивление нагрузки больше чем до нескольких десятков килоом.

Итак, в коллекторную цепь включена нагрузка с сопротивлением 10 ком. Теперь еще одна цифра: сопротивление эмиттерного д-перехода Rsx примем равным 10 ом. Это тоже вполне реальная величина: эмиттерный переход транзистора представляет собой диод, включенный в прямом направлении, а сопротивление такого диода как раз и составляет единицы или десятки ом.

Теперь мы наконец можем сравнить мощность входного и выходного сигналов и вынести окончательный приговор транзистору, можем определить, «усиливает» или «не усиливает».

Мощность входного сигнала выделяется на сопротивлении Rbx, мощность выходного сигнала -на сопротивлении /?н. На этих же сопротивлениях действуют соответственно входное и выходное напряжение Ссиг и Свых- Токи /э. и /к~, протекающие по сопротивлениям Rbx и Rtj, примерно равны, а значит, соотношение между напряжениями Ucm и Свых определяется только соотношением сопротивлений вх и Rb. В нашем примере сопротивление нагрузки в тысячу раз больше, чем сопротивление вх, и поэтому напряжение Свых также в тысячу раз больше, чем Ссиг. Иными словами, наш каскад дает усиление по напряжению в тысячу раз. А поскольку мощность сигнала -это произведение напряжения на ток (P = U-I) и поскольку токи /э~ и /к~, как мы уже говорили, равны, то усиление по мощности также равно тысяче. Это реальные цифры: примерно такое усиление можно получить в нашей схеме от среднего по своим параметрам транзистора.

Вот и конец долгого путешествия. Мы не ошиблись, воскликнув в свое время: «Земля!» Построенный нами из двух диодов трехслойный полупроводниковый прибор-транзистор- действительно может создавать мощную копию слабого электрического сигнала, используя для этой цели энергию источника постоянного тока.

Достигнув заветной цели, ни один путешественник не откажет себе в удовольствии вспомнить самые интересные, самые важные этапы пройденного пути. Давайте же и мы подведем итог своего трудного и долгого путешествия от диода до триода. А заодно уже коротко, буквально в двух словах, подытожим все, что успели узнать о транзисторе.

Слабый электрический сигнал, который нужно усилить, мы вводим в эмиттерную цепь транзистора. Она представляет со-96

бой рп-переход, который с помощью вспомогательного постоянного напряжения (смещения) всегда включен в прямом направлении. Сопротивление такого перехода невелико, и noj этому входной сигнал довольно легко изменяет эмиттерный ток. Заряды, образующие этот ток, в результате диффузии просачиваются сквозь базу и попадают во второй, в коллекторный рп-переход. Этот переход включен в обратном направлении, и сопротивление его очень велико. Попав из базы в коллекторный переход, свободные заряды уменьшают его сопротивление. Под действием усиливаемого сигнала число этих зарядов меняется, а значит, сопротивление коллекторного перехода тоже меняется, следуя по пятам за всеми изменениями сигнала.

Теперь батарея, в цепь которой включен коллекторный переход, уже отдает энергию не в виде постоянного, а в виде меняющегося тока - копии слабого сигнала. Если на пути этого меняющегося тока (то есть в коллекторную цепь транзистора) включить нагрузку R и если сделать ее сопротивление достаточно большим, то на этой нагрузке можно получить большое по величине меняющееся напряжение. Во всяком случае, во много раз большее, чем напряжение сигнала, подведенного к эмиттеру. Так создается усиление по напряжению, а значит, и усиление по мощности. Эффект усиления получается за счет того, что входной ток, действующий в цепи с малым сопротивлением, создает такой же по величине изменяющийся ток в цепи с большим сопротивлением. Именно исходя из этого и назвали транзистор преобразователем (переносчиком) сопротивлений.

Глубокий смысл этого названия станет особенно хорошо понятным, если попытаться включить нагрузку не в коллекторную, а в эмиттерную цепь, а коллектор вместе с батареей для упрощения просто выбросить из схемы. В таком поступке есть даже какая-то логика: если коллекторный ток, проходя по сопротивлению нагрузки, создает на нем большое выходное напряжение, то, очевидно, и эмиттерный ток, который, как мы уже много раз подчеркивали, по величине равен коллекторному, создаст на нагрузке такое же большое напряжение, и мы извлечем необходимую мощность прямо из источника слабого сигнала, без всякого транзистора.

Но, конечно же, эти рассуждения ошибочны. Прежде всего они не учитывают неумолимый закон Ома. Включив в эмиттерную цепь свою нагрузку Rb= Ю ком, мы примернб в тысячу раз уменьшим ток в этой цепи, так как сопротивление нагрузки в тысячу раз больше прямого сопротивления эмиттерного рп-перехода. Безболезненно (или почти безболезненно) боль-