Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) ( 39 ) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (39)

тельных контура - во входной и в выходной цепи - то совсем не исключено, чго катушка выходного контура своим электромагнитным полем наведет напряжение в катушке входного контура. И это тоже будет обратная связь, обратное влияние выходной цепи на входную.

Если напряжение (/ос обратной связи, попавшее во входную цепь, действует согласованно с ее основным жителем- напряжением сигнала (/сиг, иными словами, если (/сиг и (/ос совпадают по фазе, то обратная связь называется положительной (рис. 85).

Если же напряжение обратной связи приходит во входную цепь, чтобы мешать ее основному сигналу, если напряжения (/сиг и (/ос действуют в противофазе, то обратная связь называется отрицательной.

Не нужно долгих рассуждений, чтобы прийти к выводу, что положительная обратная связь, по сути дела, повышает усиление каскада: напряжения (/сиг и (/ос складываются, общее управляющее напряжение становится больше, увеличиваются переменные составляющие эмиттерного и коллекторного токов, и в итоге растет напряжение на нагрузке. А от источника сигнала мы при этом никакой дополнительной помощи не просим. Выходной сигнал, а вместе с ним и усиление каскада увеличиваются «бесплатно», только за счет внутренних ресурсов, за счет положительной ОС.

При введении отрицательной обратной связи все происходит наоборот: напряжения (/сиг и (/ос действуют в противофазе, общее управляющее напряжение с введением отрицательной ОС становится меньше, а в итоге становится меньше и выходной сигнал. Иными словами, отрицательная обратная связь в итоге уменьшает усиление каскада.

На основании сказанного так и хочется сделать вывод, что положительная обратная связь - это хорошо, а отрицательная- это плохо. Однако не стоит торопиться с выводами. Человек, как известно, «не хлебом единым жив», а от усилителя требуется не одно только большое усиление.

Положительная обратная связь действительно без дополнительных затрат повышает усиление. Этим достоинством положительной ОС пользуются, например, когда хотят как можно дешевле построить приемник с высокой чувствительностью (то есть без дополнительных транзисторов и практически без дополнительного расхода энергии батарей).

Если в погоне за усилением все больше и больше увеличивать обратную связь, то можно вообще потерять все на свете, подобно тому как это было с жадной старухой в «Сказке о рыбаке и рыбке». Но жизнь старухи после того, как она пре-232


Рис. 85. Положительная обратная связь увеличивает управляющее напряжение, отрицательная обратная связь уменьшает его.

высила некоторый порог жадности, скачком вернулась в исходное состояние, а в усилителе после того, как будет превышен некоторый допустимый порог положительной ОС, произойдет скачок совсем другого рода - усилитель вообще исчезнет. То есть все транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали останутся на месте, но усилителя не будет - он превратится в генератор. При слишком сильной положительной обратной связи возникает самовозбуждение - из выходной цепи во входную поступает напряжение настолько большое, что, преодолев все потери, оно управляет коллекторным током без всякой посторонней помощи, без сигнала (/сиг- В итоге такого самоуправления ток в коллекторной цепи меняется, на нагрузке действует переменное напряжение. Небольшая часть выходного напряжения возвращается во входную цепь, чтобы поддерживать этот непрекращающийся процесс.



о превращении усилителя в генератор мы еще поговорим (стр. 303), А пока лищь отметим, что самовозбуждение - это и есть главная неприятность, которую приносит с собой положительная обратная связь. И то, что в транзисторных усилителях не столько вводят положительную обратную связь, чтобы поднять усиление, сколько борются с паразитной, возникающей помимо нащего желания положительной ОС, которая делает работу усилителя неустойчивой, приводит к его самовозбуждению.

В то же время отрицательная обратная связь, которая неизбежно снижает усиление и от которой, казалось бы, ничего хорошего и ждать нечего, пользуется большой популярностью, потому что с помощью отрицательной ОС можно сделать много полезных дел, например - повысить входное сопротивление усилительного каскада и тем самым облегчить его согласование с предыдущим каскадом.

Увеличение входного сопротивления в этом случае объясняется довольно просто. Из-за отрицательной ОС переменная составляющая тока во входной цепи уменьшается, хотя источник сигнала какое давал напряжение (Усиг, такое и дает. А то, что при неизменном напряжении уменьшается ток, равносильно повышению входного сопротивления (рис. 56).

Вооружившись этой простой истиной, мы можем теперь совсем по-другому взглянуть на схему с общим коллектором (рис. 73). В этой схеме выходное напряжение полностью попадает во входную цепь - между базой и эмиттером действуют два напряжения Ugs и Ubmx- Иными словами, усилитель с общим коллектором охвачен очень глубокой обратной связью. Эта обратная связь оказывается отрицательной: когда сигнал сиг увеличивает на базе «минус», выходное напряжение Увых увеличивает «минус» на эмиттере. В результате такого противодействия со стороны Ubux уменьшается переменгая составляющая тока во входной цепи (при неизменном (Усиг), поэтому схема ОК обладает очень высоким входным сопротивлением. По этой же причине она не дает никакого усиления по напряжению.

Здесь, на самом интересном месте, мы прервем рассказ о достоинствах и недостатках обратной связи, о том, как сложно формируются понятия «хорошо» и «плохо», когда дело касается электронных схем. Мы прервем свой рассказ потому, что с некоторыми особенностями обратной связи удобней будет познакомиться в следующих главах, на примерах ее практического использования. А сейчас наступила очередь «последнего сказанья» об абстрактном усилителе, после чего мы сможем наконец перейти к конкретным усилительным схемам.

БРОСОК НА ЮГ

Даже не совершая длительных многодневных путешествии, можно почувствовать, как велики просторы нашей страны.

Можно, например, подсчитать, что на ее территории разместится пятьдесят тысяч таких гигантов, как Москва, и население получившегося при этом «супергорода» составит примерно триста миллиардов человек -в сто раз больше, чем на всем земном шаре. А еще можно представить себе, как жители Бреста, прогуливаясь после трудового дня по улицам своего тихого зеленого города, любуются яркими красками заката и как в то же самое время солнце уже выплывает из-за горизонта с другой стороны земного шара и начинает новый день во Владивостоке. Можно, наконец, просто послушать по радио сводку погоды и убедиться, что в начале марта, когда официально начинается весна, в Норильске еще стоят двадцатиградусные морозы, а в Сухуми уже двадцатиградусная жара.

Если в такое время года вам понадобится пересечь страну с севера на юг, то наверняка придется положить в чемодан и теплую зимнюю шапку, и летние сандалии. А если захотите взять с собой в дорогу самодельный транзисторный приемник, то обязательно нужно будет принять меры, чтобы он без осложнений перенес столь резкое изменение климата. Потому что сами транзисторы очень чувствительны к изменению температуры, и если не принять мер, то приемник, сделанный и налаженный при средней комнатной температуре, может совсем не работать под жаркими лучамн южного солнца.

Мы уже несколько раз говорттли, что в полупроводнике при изменении температуры резко-примерно в два раза на каждые десять градусов - меняется число собственных (неосновных) зарядов. В диоде эти неосновные заряды создают обратный ток /обр (рис. 17, 21), а в транзисторе из них образуется обратный ток коллектора /ко (рис. 60).

При нагревании диода из-за увеличения /обр рл-переход достигает границы допустимой мощности при более низком напряжении, и поэтому столь важная характеристика, как допустимое обратное напряжение диода, заметно понижается. Эта же неприятность происходит и при нагреве транзисторов. Так, например, если при температуре 20°С коллекторный переход транзистора спокойно выдерживает напряжение 50 в, то при температуре 60°С он может оказаться пробитым уже при напряжении 20 в. Но это еще не все.

Нагрев транзистора может привести к еще одной н прито.м очень серьезной неприятности - к резкому изменению режима и параметров транзисторного усилителя. И это опять-таки свя-



зано с ростом начального тока коллектора /ко из-за увеличения числа собственных (неосновных) зарядов.

Разные схемы усилителей по-разному меняют свой режим под влиянием температуры, даже если в этих схемах работают одинаковые транзисторы, с одним и тем же начальным током. Так, в частности, схема ОБ свой режим меняет в очень малой степени. Обратный ток коллектора /ко в этой схеме только и делает, что прибавляется к основному коллекторному току /к. А поскольку /к, как правило, значительно больше, чем /ко, то, как бы ни менялся этот последний, он не может заметно повлиять на общий коллекторный ток.

Подтвердим это числовым примером. В реальном случае в усилительном каскаде с маломощным транзистором /к составляет 2 ма, а обратный ток /ко при комнатной температуре 20°С у средних транзисторов равен 10 мка. Допустим, что транзистор нагреется до 70°С и его обратный ток, увеличившись в 32 раза (при нагревании на 10°С ток /ко растет в два раза, а значит, при нагревании на 50° он увеличивается в 2 = 32 раза), возрастет до 320 мка. При этом коллекторный ГОК увеличится до 2,32 ма (2 ма + ЗО мка), то есть примерно на 16%. Таким сравнительно небольшим изменением коллекторного тока, как правило, можно пренебречь. Но, повторяем, вся эта картина относится только к схеме ОБ, где /ко только увеличивает коллекторный ток, и ничего больше.

Совсем по-другому развиваются события в схемах ОЭ и ОК, где коллекторный ток проходит по эмиттерному рл-переходу и поэтому оказывает влияние на режим транзистора через главный командный пункт - через входную цепь. В итоге получается, что всякое изменение неуправляемого тока /ко усиливается в р раз, то есть при нагревании изменение коллекторного тока оказывается в р раз больше, чем изменение самого /ко.

Давайте прикинем, к чему приводит «усиление нестабильности»- усиление тока /ко- Так же как и в предыдущем примере, предположим, что при комнатной температуре 20°С ток /ко=10 мка, а при температуре 70°С этот ток увеличивается до 320 мка. Кроме того, предположим, что коэффициент усиления по току у выбранного транзистора равен р = 50. Теперь подсчитаем: в схеме ОЭ начальный ток /к-н (строго говоря, этот ток нужно называтьсквозным током в цепи эмиттер-коллектор) будет равен при комнатной температуре /к-н(20) = Р-/ко = 50-10 = 500 ж/со. При нагревании транзистора до 70° коллекторный ток /к „, как и в предыдущем примере, увеличится в 32 раза (потому что в 32 раза возрастет /ко) и станет равным 16 ма. Это большая, очень большая величина. Ведь нормальный, 236

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 /ко, который



вынужден проходить через эмиттерный рп-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). В результате уменьшатся переменная составляющая коллекторного тока и переменное напряжение на нагрузке, меньще станет усиление каскада. Вот к каким неприятностям приводит в схеме ОЭ небольшое, казалось бы, увеличение обратного тока /ко! 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 меньще сам неуправляемый обратный коллекторный ток /ко- 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

Рис. 86. Разные схемы по-разному ведут себя при изменении рабочей температуры.



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) ( 39 ) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59)