Рис 65 Два вывода источника сигнала и два вывода нагрузки нужно подключить к трем выводам транзистора, и отсюда появляются три основные схемы включения транзисторного усилителя, с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК).

Прежде чем разбирать достоинства и недостатки каждой из них, рассмотрим ситуацию «2+2 = 3» применительно к обычному трансформатору (рис. 65, листки 1, 2, 3, 4).

Предположим, что у нас есть трансформатор, ко входу которого (первичная обмотка) подключен генератор, дающий переменное напряжение, а к выходу (вторичная обмотка) подключена нагрузка Rh. Нормальное подключение генератора н нагрузки к трансформатору («2-Ь2 = 4») показано на листке 1.

Теперь предположим, что один из выводов первичной обмотки соединен в самом трансформаторе с одним из выводов вторичной обмотки, и таким образом у трансформатора оказывается всего трн вывода вместо четырех.

Самая простая и естественная схема подключения генератора н нагрузки к такому трансформатору с тремя выводами показана на листке 2. Мы называем эту схему естественной, потому что она очень напоминает схему 1 - между обмотками, по сути дела, нет непосредственной связи. Во всяком слу-190

чае, входное и выходное напряжения друг от друга изолированы.

Однако эта схема не единственно возможная - на листках 3 и 4 показаны еще две схемы, позволяющие решить проблему «2 + 2 = 3». Эти схемы уже нельзя назвать ни простейшими, ни естественными. Каждая из них - это своего рода фокус, попытка вместо простого решения задачи выбрать сложное. Действительно, в этих двух последних схемах «смешались в кучу» токи и напряжения входных и выходных цепей. Так, в схеме 3, где общим является вывод «э» (мы обозначили три вывода трансформатора буквами «э», «б» и «к» лишь потому, что схемы 2, 3, 4 чем-то напоминают три основные схемы включения транзистора), во входной цепи циркулирует не только ток, создаваемый самим генератором, но еще и ток, протекающий через нагрузку. Это происходит потому, что в схеме 3 нагрузка оказывается включенной последовательно с генератором и участком эб, в котором находятся генератор и первичная обмотка трансформатора.

(Это особенно хорошо видно на схеме 3, которая является «двойником» схемы 3. На схеме 3 лишь несколько по-иному расположены детали на рисунке, сама же схема осталась без изменений. Благодаря такому «перемещению» элементов схемы их взаимное влияние стало более наглядным.)

При определенном включении обмоток в схеме 3 оба тока - входной и выходной - противофазны (во всех цепях протекает, разумеется, переменный ток, а стрелки показаны лишь для одного из полупериодов; см. стр. 77), и поэтому можно сказать, что схема отличается небольшим входным током, разностью двух встречных токов. Кроме того, напряжение, развиваемое на вторичной обмотке, теперь делится между нагрузкой и участком эб. Это хорошо видно на схеме 3, которая является «двойником» схемы 3. В схеме З(З) нагрузке достается большая часть выходного напряжения лишь в том случае, если ее сопротивление значительно больше, чем у конкурента - участка эб (Воспоминание № 7).

В схеме 4 (4), где общим является вывод к, напряжение, развиваемое генератором, делится между первичной обмоткой и участком бк, куда входит вторичная обмотка, поэтому выходное напряжение никак не может быть больше, чем дает генератор.

Мы не будем подробно разбирать, что происходит в двух последних схемах, н ограничимся лишь общим выводом. Ситуация там оказывается достаточно сложной и запутанной. Но подобная путаница, приводящая к искусственному увеличению или уменьшению некоторых токов или напряжений,

Рис. 66. Схема транзисторного усилителя, о которой до сих пор шла речь,- это схема с общей базой (ОБ).

в ряде случаев оказывается весьма выгодной. И мы в этом сейчас убедимся на примере трех основных схем транзисторных усилителей (рис. 65, листки 5, 6, 7).

Первая схема, с которой мы, собственно говоря, начали знакомство с транзисторным усилителем,- это схема с общей базой, сокращенно ОБ (рис. 66).

Главная особенность схемы ОБ в том, что источник усиливаемого сигнала и источник смещения включены в цепь, по которой проходит эмиттерный ток. («А разве бывает иначе?» - удивляетесь вы Да, бывает - очень скоро будет показано, что в двух других схемах через источник сигнала и источник смещения может проходить ток базы h, который во много раз меньше эмиттерного.) То, что источники напряжений Ссиг и Ucm, которые вместе создают управляющее напряжение Ua6, находятся в цепи эмиттерного тока, приводит к нескольким очень неприятным последствиям.

Во-первых, эмиттерный ток (в схеме ОБ - это ток входной цепи) является «потолком» для коллекторного тока, а значит, схема ОБ в принципе не может давать усиление по току. Имен-

но к этой схеме (и, кстати, только к этой схеме) относится уже давно сделанный вывод: коэффициент усиления по току а всегда меньше единицы.

Во-вторых, в схеме ОБ источникам, создающим Ug, достается не слишком легкая работа - они должны перемещать по входной цепи все заряды, которые создают довольно большой (по величине такой же, как и /к) эмиттерный ток. И хотя сопротивление эмиттерного рп-перехода, включенного в прямом направлении, невелико, но все же от источника смещения и, что особенно неприятно, от источника сигнала требуется сравнительно большая мощность, чтобы продвинуть по своему участку довольно большое количество зарядов, образующих эмиттерный ток.

И, наконец, третье. Как мы уже видели, входное сопротивление транзистора в схеме ОБ (а мы до сих пор знакомились только с этой схемой и входное сопротивление определяли - рис. 56 - именно для нее) оказывается очень небольшим, всего несколько омов или в лучшем случае несколько десятков омов. Такое малое входное сопротивление как раз и получае!-ся потому, что в схеме ОБ по входной цепи идет сравнительно большой ток Ig. А, как известно из закона Ома (Воспоминание № 3), большой ток как раз и говорит о малом сопротивлении.

Схема ОБ имеет, разумеется, и немало приятных, положительных особенностей. Но сейчас речь не о них. Сейчас нам нужно, не теряя темпа, пока свежи в памяти все недостатки схемы ОБ, найти способ их устранения. Тем более, что сделать это довольно просто. Нужно перенести источники сигнала и смещения в цепь базы и получить таким образом схему с общим эмиттером, или сокращенно ОЭ (рис. 67).

Главная особенность схемы ОЭ в том, что источник сигнала (для краткости в дальнейшем мы будем говорить только об источнике сигнала, полагая, что вместе с ним включен и источник смещения) включен не в эмиттерную, а в базовую цепь и благодаря этому по входной цепи протекает уже не ток эмиттера, а во много раз меньший ток базы.

Прежде чем отмечать достоинства такого включения, поясним, что ничего принципиально нового для самого транзистора оно не дает. Включение транзистора по схеме ОЭ - просто схемный фокус. И хотя это очень интересный фокус, позволяющий улучшить важные показатели транзисторного усилителя, однако же самого принципа работы транзистора схема ОЭ не меняет.

Действительно, поставщиком зарядов для коллекторного тока в схеме ОЭ, так же как и в схеме ОБ, служит эмиттер -

Рис. 67. Основное отличие схемы ОЭ от схемы ОБ в том, что источник сигнала переведен из цепи сравнительно большого эмиттерного тока в цепь

небольшого тока базы.

В коллектор может попасть не больше зарядов, чем их вышло из эмиттера. В схеме ОЭ заряды проходят по коллекторной цепи, так же как и в схеме ОБ под действием коллекторного напряжения, и создают мощную копию усиленного сигнала на сопротивлении нагрузки Rn.

Правда, в схеме ОЭ напряжение делится уже не между двумя потребителями, как в схеме ОБ, а между тремя. Кроме самой нагрузки и коллекторного рп-перехода, часть напряжения Ек отбирает еще и эмиттерный рп-переход - ведь в схеме ОЭ коллекторная батарея действует не между коллектором и базой, а между коллектором и эмиттером. Однако появление у коллекторной батареи лишнего «едока» не должно нас смущать - сопротивление эмиттерного перехода очень мало и, как это было бы и в другом подобном делителе (Воспоминание № 7), на малом сопротивлении остается малая часть приложенного напряжения. Одним словом, можно смело считать, что коллекторная батарея в схеме ОЭ, так же как и в схеме ОБ, тратит своч основные силы только на то, чтобы 194

двигать заряды через коллекторный рп-переход и сопротивление нагрузки.

Теперь вернемся к главной особенности схемы ОЭ - к включению источника сигнала в цепь базы.

Подобный «фокус» на первый взгляд кажется очень подозрительным и вызывает целый ряд сомнений. Не прекратится ли в связи с таким переселением входного сигнала его влияние на эмиттерный рп-переход? А если не прекратится, то будет ли управляющее напряжение в такой же степени, как и в схеме ОБ, управлять эмиттерным, а значит, и коллекторным током? Не окажется ли эмиттерный ток брошенным на произвол? И, наконец, если даже переброска источника сигнала в цепь базы не нарушит работы транзистора, то что даст такая переброска усилителю, как она повлияет на его режим и улучшит ли его основные параметры?

Хочешь не хочешь, а придется отвечать на эти страшные вопросы...

Все, что происходит в любом рп-переходе, в том числе и в эмиттерном, прежде всего зависит от приложенного к этому переходу напряжение - именно об этом говорит характеристика диода (рис. 19). В схеме ОЭ, точно так же как и в схеме ОБ, управляющее напряжение Оэб полностью подводится только к эмиттерному переходу, так как и в той и в другой схеме один вывод источника сигнала подключен к эмиттеру, а второй вывод-к базе (через батарею смещения Бсм). Таким образом, в обеих схемах управляющее напряжение (Уэб будет в равной степени влиять на величину эмиттерного, а значит, и коллекторного тока. А то, что, полностью сохранив влияние управляющего напряжения на эмиттерный ток, мы умудрились не пропускать этот ток по самой управляющей цепи, это просто наша заслуга. Именно в этом и заключается весь смысл «фокуса» с переброской источника сигнала в цепь базы.

Главное отличие схемы ОЭ от схемы ОБ может в какой-то степени пояснить их гидравлические анал01ии, приведенные на рис. 40 и 67. В гидравлических системах ОБ и ОЭ (гидравлические системы названы так же, как и схемы транзисторных усилителей, только для гого, чтобы их проще было сравнивать) роль источника управляющего напряжения (Уэб играют два небольших насоса «Сигнал» и «Смещение». Эти насосы создают давление, под действием которого поршень двигает заслонку «Управляющее напряжение» на пути воды из бака «Эмиттер» в бак «База». Действие этой заслонки уподобляется напряжению (/эб, которое и управляет эмиттерным током, то есть током, идущим из эмиттера в базу.