Уменьшение обратного тока коллектора - трудная задача, над решением которой работают физики, химики, технологи, конструкторы,- словом, все, кто участвует в создании транзисторов. В решении этой задачи в последние годы заметен значительный прогресс. Так, в частности, для многих типов серийных транзисторов величина /ко не превышает 1-2 мка, в то время как еще несколько лет назад у лучших образцов транзисторов обратный ток редко был меньше 5-15 мка. (Учтите, что все эти цифры относятся к транзисторам неболь-

Рис. 87. Чтобы уменьшить влияние температуры на режим транзистора, применяют схемы, стабилизующие начальное смещение на базе.

нагревании транзистора это привело к появлению начального, то есть неуправляемого, тока 16 ма. Если бы удалось снизить /ко хотя бы в двадцать раз, то есть до 0,5 мка, то и начальный коллекторный ток при температуре 70°С тоже не превысил бы 0,8 ма. Это тоже немало, но с такой величиной начального коллекторного тока, пожалуй, уже можно было бы мириться.

Из всего сказанного, по-видимому, ясно, почему при выборе транзистора для той или иной схемы обращают серьезное внимание на обратный ток коллектора /ко (рис. 88). Чем меньше /ко У данного транзистора, тем стабильней он работает при изменении температуры, тем большим может быть рабочий участок нагрузочной прямой, тем, следовательно, больше выходное напряжение и переменная составляющая коллекторного тока, тем меньше потребление тока от коллекторной батареи. Обратный ток коллектора /ко можно считать вторым по важности параметром транзистора после коэффициента усиления по току р. В таблице параметров обычно указывают величину /ко с некоторым запасом, и для многих транзисторов этот ток оказывается значительно меньше. 238

Iuc. 88. Чем меньше неуправляемый начальный ток коллектора по сравнению со средним током транзистора, тем меньше температура влияет

на режим.

шой мощности, для которых максимальный коллекторный ток не превышает нескольких десятков ма. У мощных транзисторов коллекторный ток во много раз больше - вплоть до нескольких ампер,- и поэтому приемлемая величина /ко также значительно больше.) Предполагается, что в будущем удастся настолько уменьшить /ко, что его влиянием можно будет пренебречь. Ну, а пока, для того чтобы уменьшить влияние неуправляемого обратного тока на режим транзистора, пользуются схемами температурной стабилизации режима.

Когда мы говорим об автоматике и автоматах, то, как правило, представляем себе очень сложные устройства с огромным числом деталей, соединительных проводов, электронных ламп, электромагнитных пускателей и реле. Для такого представления об автоматах есть достаточно веские причины. Даже самый, казалось бы, простой из них, такой, например, как автомат для продажи газированной воды, если заглянуть вовнутрь, представляется очень сложной и замысловатой установкой.

В последние годы человеческий разум действительно создал изумительные по своей сложности, по своей «разумности» автоматы - устройства, которые умеют самостоятельно, без помощи человека, управлять различными процессами и аппаратами. Это автоматы, управляющие прокатным станом, огромной электростанцией, космическим кораблем. Это автоматы, которые умеют играть в щахматы, фотографировать с близкого расстояния поверхность Луны, поддерживать нормальный ритм больного сердца.

Но наряду с автоматическими установками, если можно так сказать, высщего ранга, на каждом щагу нам встречаются и очень простые автоматы, выполняющие самые разнообразные мелкие поручения человека. К таким автоматам можно отнести предохранитель, мгновенно разрывающий электрическую цепь при коротком замыкании, автомат для выключения проигрывателя, когда кончается пластинка, автоматический переключатель иа елке. К числу простейших автоматов можно отнести и схемы, стабилизирующие режим транзистора.

Почти все схемы автоматической стабилизации работают на одном принципе: они следят за работой транзистора и автоматически компенсируют всякое изменение режима, которое происходит при нагревании.

Две наиболее распространенные схемы автоматической стабилизации делают это следующим образом: при малейшем увеличении постоянного коллекторного тока они как бы уменьшают начальное смещение на базу и тем самым стараются вернуть коллекторный ток к первоначальной величине.

Простейшая схема термостабилизации (рис. 87, листок Б) отличается от схемы, где никакой стабилизации вообще нет (рис. 87, листок А), только тем, что сопротивление /?б, с помощью которого задается смещение на базу, подключено не к «минусу» коллекторной батареи, а прямо к коллектору. Это незначительное отличие приводит к весьма значительным последствиям, причем не только к Хорошим, но и к плохим.

Дело в том, что при подключении /?б к коллектору не

остается постоянным отрицательное смещение, которое поступает на базу. Чем больще коллекторный ток, тем больше падение напряжения на нагрузке /?ш тем меньще напряжение, которое остается на коллекторе, тем меньще и небольшая доля этого напряжения, которая достается эмиттерному переходу и является для него начальным смещением Ucm-

С одной стороны, хорошо: когда из-за повышения температуры возрастет коллекторный ток, то одновременно уменьшится смещение Ucm и заставит коллекторный ток тоже уменьшиться. Этим, собственно говоря, и будет достигаться автоматическая стабилизация режима.

Но, с другой стороны, подключение /?б не к «минусу», а к коллектору ухудшит усилительные свойства каскада. Всякое изменение коллекторного тока, в том числе и те изменения, которые возникают под действием усиливаемого сигнала, и являются его «мощной копией», будут через /?б воздействовать на базу и будут пытаться сами себя уменьшить. Иными словами, сопротивление /?б, подключенное к коллектору, становится элементом обратной связи, причем именно отрицательной обратной связи, которая, как известно, снижает усиление каскада. Вот почему схема температурной стабилизации, о которой идет речь, применяется там, где не жалко платить усилением за простоту.

Вторая схема термостабилизации (рис. 87, листок В) хотя и сложнее первой (для второй схемы нужны два дополнительных резистора и один конденсатор), хотя и потребляет от батареи некоторую дополнительную энергию, однако применяется значительно чаще. Ей отдают предпочтение, очевидно, потому, что эта схема позволяет во много раз ослабить влияние температуры на режим каскада и при этом не ухудщает его основных параметров. Прежде всего не снижает усиления.

Идея, на которой построена эта схема, довольно проста. Смещение на базу, то есть постоянное напряжение, действующее между базой и эмиттером, складывается в этой схеме и* двух действующих последовательно напряжений. Одно из них- Ul -образуется на резисторе Ra за счет проходящего по нему коллекторного тока. Полярность напряжения Uly как всегда в таких случаях, определяется направлением тока, который проходит по Rg. А направление коллекторного тока таково, что «минус» напряжения U" всегда направлен в сторону эмиттера, а «плюс» - в сторону базы. Иными словами, напряжение U" стремится создать на базе положительное, то есть запирающее, напряжение - «плюс» на базе отталкивает дырки назад к эмиттеру. 241

Второе напряжение, которое участвует в создании смещения,- это и[. Оно образуется на резисторе /?б2, который представляет собой часть делителя /?6i/?62- Этот делитель делит коллекторное напряжение, и часть его, а именно U, подается «минусом» на базу, то есть напряжение стре-

мится создать на базе «минус» относительно эмиттера, стремится отпереть транзистор.

Если включить последовательно две батарейки, причем так, чтобы они действовали друг против друга, то результирующее напряжение будет равно разности напряжений, которые дают эти батарейки. Точно так же напряжение, которое получится в результате взаимодействия и U в одной последовательной цепи, равно разности этих напряжений. При этом U больше, чем U", и на базе оказывается «минус». (Иначе и быть не может -«плюс» запер бы триод и U" вообще исчезло бы.) А если по каким-нибудь причинам будет меняться одно из этих двух напряжений, то одновременно будет меняться и их разность - результирующее смещение UcM=f~l-(/с„.

При налаживании усилительного каскада его элементы выбирают так, чтобы IJ было несколько больше, чем U\, и чтобы их разность давала нужное отрицательное смещение на базу. Когда при повышении температуры возрастает коллекторный ток, то одновременно увеличивается и напряжение U =IirRa В итоге меньше становится разностное напряжение LcM, уменьшается «минус» на базе. А это приводит к уменьшению коллекторного тока, то есть к стабилизации режима.

Чтобы резистор Ra не стал элементом отрицательной обратной связипо переменному току, его шунтируют конденсатором.

Эффект автоматической стабилизации проявляется тем сильнее, чем больше сопротивление Ra. Но, с другой стороны, увеличивать Ra нежелательно, так как на нем теряется некоторая часть напряжения коллекторной батареи. Так, например, если батарея дает 4,5 в, а напряжение U" равно 1 в. то «работающая часть» коллекторного напряжения, то есгь то, что действует между нагрузкой и эмиттером, уменьшается до 3,5 в.

Второе ограничение эффективности схемы также связано с использованием коллекторной батареи. Дело в том, что схема стабилизирует режим тем лучше, чем меньше общее сопротивление делителя Rei Raz- В этом случае напряжение U в меньшей степени зависит от проходящих по делителю соб-242

Рис. 89. Если подано напряжение на коллектор, а база никуда не подключена, то в транзисторе может произойти лавинообразное нарастание тока и в итоге - тепловой пробой.

ственных токов транзистора. Однако, чем меньше общее сопротивление делителя /?б1 R62, тем больше ток, который потребляется этим делителем от коллекторной батареи. Вог и приходится искать «золотую середину» - выбирать элементы схемы так, чтобы и режим был стабильным, и перерасход энергии не оказался слишком большим.

Вот примерные данные деталей и режим схемы, приведенной на листке В, рис. 87. В усилителе высокой частоты на транзисторе П420 детали могут иметь следующие данные: /?н -5,1 ком, /?э-1,5 ком, /?б1 -20 ком, б? -5,1 ком и Са - 0,05 мкф (в низкочастотном усилителе эта емкость должна была быть во много раз больше, чтобы емкостное сопротивление конденсатора Сд всегда было значительно меньше, чем Ra). При питающем напряжении коллекторной батареи 9 б на отдельных участках такой схемы в режиме покоя (когда нет сигнала) и при комнатной температуре получаются напряжения: на коллекторе Uu равно 4,1 в; U[ на резисторе Ra равно 1,4 в; и нй резисторе /?б1 равно - 1,5 в. Все напряжения