И двое сошлись не страх, а на совесть, колеса прогнали сон,
Один говорил: наша жизнь - это поезд, другой говорил - перрон,
Один утверждал: на пути нашем чисто, другой возражал - не до жиру,
Один говорил, мол мы - машинисты, другой говорил - пассажиры.


Мне приходят отклики на мои статьи Источник тока и "Коэффициент усиления транзисторного каскада. Что может нам выдать транзистор". Зачастую переписка по таким вопросам через п/я напоминаем разговор двух глухих. Отвечаешь одно, пишут противоположное. Решила несколько конкретизировать этот вопрос, расставить точки над i со ссылками и цитатами на авторитетные источники буржуйского и отечественного производства. Отправила приглашения нескольким читателям в надежде, что они примут участие. Итак, все участники на своих местах, начинаем обсуждение.

1. Чем управляется транзистор

Начнем с самого злободневного вопроса, который вносит путаницу во многие умы: чем управляется транзистор: током или  напряжением ? (на примере усилителя на транзисторе с ОЭ).
Вот, что я получила по почте.
Возражение 1:
- В этой же статье меня удивило сообщение, что ток коллектора экспоненциально зависит от напряжения база-эмиттер. Это тоже неверно, или это опечатка? Другое дело, ток эмиттера экспоненциально зависит от напряжения Uэб, а так как токи эмиттера и коллектора линейно связаны, возникает иллюзия того, что ток коллектора зависит от Uэб по экспоненте.

Ответ:
Не ток эмиттера экспоненциально зависит от напряжения базы, а ток базы. В чём заключается линейная связь тока эмиттера с током коллектора? Из любого букваря мы знаем: Iк +Iб = Iэ, но ток базы мал, поэтому практически Iк = Iэ. В чём тут заключается их пропорциональность и иллюзия экспоненциальной зависимости?

Далее открываем учебник "Искусство схемотехники"  - Хоровиц, Хилл  и читаем на стр. 113:

... следует рассматривать транзистор как элемент с передаточной проводимостью — коллекторный ток в нем определяется напряжением между базой и эмиттером. Если правила 1—3 соблюдены, то ток Iк связан с напряжением Uбэ следующей зависимостью:

Iк=Iнаc[ехр(Uбэ/Uт)-1]

(Такая же зависимость приводится у Титце и Шенка).
В активной области Iк >>Iнас и членом —1 можно пренебречь. Уравнение для Iк известно под названием «уравнение Эберса — Молла». Оно описывает также зависимость тока от напряжения для диода. Следует запомнить, что в транзисторе коллекторный ток зависит от напряжения между базой и эмиттером, а не от тока базы (ток базы в грубом приближении определяется коэффициентом h21). Экспоненциальная зависимость между током Iк и напряжением Uбэ соблюдается в большом диапазоне токов, обычно от наноампер до миллиампер. Согласно уравнению Эберса — Молла, напряжение между базой и эмиттером "управляет коллекторным током".

Смотри скан оригинала

Изложу по вышесказанному свой взгляд.
По моему мнению, здесь произошло столкновение двух позиций: теоретиков и практиков. Теоретики, которые представляют себе транзистор в виде p- n переходов и электронно - дырочной проводимости, голосуют за управление током, а практики с паяльником в руках предпочитают напряжение. Поэтому книга, выдержки из которой я привела, называется "Искусство схемотехники", а не "Основы физической электроники".

В практической электронике управление транзистором с помощью тока встречается нечасто (например, ключевые каскады, которые загоняют в насыщение большим базовым током).

Более распространены линейные усилители напряжения управляемые напряжением, т. к. источники сигнала являются генераторами напряжения.
Для чистоты рассуждений резистор Rэ можно замкнуть накоротко.

На переход база - эмиттер подается напряжение от источника сигнала. Входная цепь транзистора потребляет от источника ток согласно своей входной характеристике.
Далее входной ток усиливается транзистором в β раз и на коллекторной нагрузке создает падение напряжения - выходное напряжение.
Что мы станем делать, если захотим увеличить выходное напряжение? Правильно, увеличим входное напряжение, а не входной ток.

Поэтому призываю не смешивать всё в одну кучу. Речь идет о разных вещах. Каскад на транзисторе управляется напряжением (Хоровиц, Хилл; Титце - Шенк). Но как только ток "попал" в б-э цепь транзистора, здесь уже специалисты по электронно - дырочным переходам потирают свои руки: теперь уж мы им поуправляем.
Теория - теорией, а практика - критерий истины.

2. Сопротивление эмиттера. Ограничение на усиление транзистора.

Возражение 2:
В статье "что выдаст нам транзистор" ты даешь определение: rэ - собственное сопротивление эмиттера транзистора. Это неверно.

Опровергать не стану, но на всякий случай сошлюсь на Хоровица, стр. 115:

- Импеданс для малого сигнала со стороны эмиттера при фиксированном напряжении на базе. Возьмем производную от Uбэ по Iк. Получим: rэ= Uт/Iк = 25/Iк Ом, где ток Iк измеряется в миллиамперах. Величина 25/Iк соответствует комнатной температуре. Это собственное сопротивление эмиттера rэ выступает в качестве последовательного для эмиттерной цепи во всех транзисторных схемах. Оно ограничивает усиление усилителя с заземленным эмиттером, приводит к тому, что коэффициент усиления эмиттерного повторителя имеет значение чуть меньше единицы и не позволяет выходному сопротивлению эмиттерного повторителя стать равным нулю. Этот параметр относится к параметрам малого сигнала. Отметим, что крутизна для усилителя с заземленным эмиттером определяется следующим образом: g = 1/гэ.

Далее будем использовать дефицитный в своё время советский труд, хотя издан он не в Одессе, но всё же на Украине.
Промышленная электроника / В. С. Руденко и пр. - Киев, "Техника", 1979.

По поводу вышесказанного о терминологии в нем можно прочитать следующее:

стр. 61: Сопротивление эмиттера rэ определяется по формуле ..... Величина коллекторного сопротивления rк равна....

3. Связь тока коллектора с током базы. Выходные и входная характеристики транзистора.

Возражение 3:
когда я прочитал "... затем он (ток базы) лишь пропорционально переносится на ток коллектора...", скажу честно- стало плохо. Как? Куда? Почему? Но потом, когда успокоился, понял, что это жаргон пользователя...

Цитата из учебника, стр. 51: Перенос тока из эмиттерной цепи в коллекторную ....

Ещё по поводу переноса тока базы на ток коллектора (у меня было уточнение: на выходные характеристики транзистора). Опять открываем книжку по промышленной электронике. Смотрим графики классического расчета транзисторного усилителя по его входным - выходным характеристикам - стр. 179.

Методика следующая:
На левом графике по входному напряжению определяем входной базовый ток. Далее полученные величины базового тока переносим на соответствующие этим токам выходные характеристики транзистора. По наклонной линии, которая соответствует нагрузке в коллекторе транзистора, определяем размах коллекторного тока и выходного напряжения. Вся и премудрость. Поэтому мною было употреблено выражение "перенос тока базы на ток коллектора" (на графике оно происходит в прямом смысле).

По этим графикам мы получаем наглядное представление об экспоненциальной зависимости тока коллектора от напряжения базы. Ток базы экспоненциально зависит от напряжения базы, а ток коллектора пропорционален
току базы: Iк = β * Iб(~exp(Uбэ)).

4. Где снимать выходной сигнал

Возражение 4:
В схеме с ОЭ усиливаемый сигнал подают на базу-эмиттер, усиленный сигнал снимают с коллектора-эмиттера (но не с резистора Rн).

Совсем не понятно, о чем разговор. По переменному току Rн и коллектор- эмиттер включены параллельно, поэтому разницы нет. Хотя привожу пример из своей статьи, где выходной сигнал с первого каскада снимается всё же с нагрузочного резистора Rб.

Но здесь тоже есть место для дискуссии. Поскольку выходная цепь транзистора представляет собой генератор (источник) тока, то выходное напряжение мы получаем на нагрузочном резисторе вследствие протекания этого тока. "Чистый" источник тока не может иметь падение напряжения на своих зажимах, без нагрузки он просто неработоспособен. Убери нагрузочный резистор - и нет выходного напряжения.

Наталья С.

Где снимать выходной сигнал. Вы как считаете?

Транзисторы. Усилители. Входные и выходные характеристики. Сопротивление эмиттера. Управление транзистором.
 
  Рейтинг@Mail.ru