Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы

• Название: Шаг за шагом. Транзисторы
• Автор: Рудольф Сворень
• Издательство: "Детская литература"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 1971

Книга написана простым языком и ориентирована на средний и старший школьный возраст. В ней автор доступным языком излагает основы работы полупроводниковых приборов. Книга сопровождается множеством иллюстраций, благодаря чему шаг за шагом постигается сложный мир внутри транзисторов.

Поскольку книга больше ориентирована на детей, то повествование идет буквально "на пальцах", не используется никаких сложных формул или вычислений — только как полупроводниковые приборы работают и как их использовать.

---

Согласование колебательного контура с входной цепью транзистора чаще всего осуществляется с помощью понижающего трансформатора. При этом сопротивление Rн-вн, как мы уже знаем, оказывается больше, чем сопротивление Rн, и контур шунтируется в меньшей степени, чем это было бы при непосредственном его подключении к. транзистору.

Роль первичной обмотки согласующего трансформатора прекрасно выполняет сама контурная катушка Lк. Рядом с ней располагают катушку связи Lсв, которая представляет собой не что иное, как вторичную обмотку трансформатора. Чем меньше витков у катушки связи, тем больше коэффициент трансформации, тем больше сопротивление Rн-вн, шунтирующее контур, тем, следовательно, выше его добротность. Но, с другой стороны, уменьшая число витков катушки Lсв, мы понижаем и напряжение на ней, то есть понижаем напряжение сигнала Uсиг на входе транзистора.

В отличие от трансформатора, на стальном сердечнике в высокочастотном согласующем трансформаторе можно менять вносимое сопротивление еще одним способом — сближая либо раздвигая катушки Lк и Lсв. Именно таким способом, как правило, окончательно подбирают наивыгоднейшую, оптимальную связь. Раздвигание катушек равносильно увеличению коэффициента трансформации: если раздвигать катушки Lк и Lсв, то напряжение Uсиг падает, а добротность контура Q растет. Что же касается мощности, поступающей от генератора к нагрузке, то есть от контура к транзистору, то при раздвигании катушек эта мощность сначала растет, а затем, после того как вы пройдете точку оптимальной связи, уменьшается.

Что же лучше потерять — добротность контура или уровень управляющего напряжения? Здесь все зависит от того, в чем вы больше нуждаетесь. Так, например, если в приемнике всего один контур, то, может быть, и стоит несколько поднять его избирательность, ослабив связь между катушками и смирившись с потерей, получаемой от контура мощности (это в итоге скажется на громкости приема). Однако, как правило, связь между катушками Lк и Lсв подбирают так, чтобы получить оптимальное согласование генератора с нагрузкой, то есть передать из контура на вход транзистора наибольшую мощность. При этом, кстати, и добротность получается достаточно высокой. Во всяком случае, если, добившись оптимальной связи, вы будете и дальше раздвигать катушки, то добротность повысится уже незначительно, в то время как мощность, поступающая на вход транзистора (а в итоге и громкость приема), резко уменьшится.

Наряду с согласующим трансформатором иногда применяют еще и автотрансформатор, сделав, например, отвод у контурной катушки (рис. 43). При этом уменьшение числа витков, к которым подключена нагрузка, равносильно раздвиганию катушек согласующего трансформатора.

В транзисторных усилителях проблема согласования — это, по сути дела, проблема межкаскадной связи, проблема передачи энергии от «начала» к «концу» усилителя, от предыдущего каскада к последующему. Но помимо этой прямой, нормальной связи в усилителях, в том числе и в транзисторных, может быть еще и обратная связь — передача энергии от «конца» усилителя к его «началу». Именно об этой обратной связи сейчас пойдет речь.

ФОКУСЫ С ФАЗАМИ

Обратная связь — сокращенно ОС — в транзисторных усилителях возникает тогда, когда часть мощности выходного сигнала по каким-то путям попадает во входную цепь. Из-за этой самой ОС во входной цепи уже действуют два сигнала, два управляющих напряжения — истинный сигнал Uсиг, поступивший, например, из предыдущего каскада, и собственный сигнал Uос, поступивший из собственной коллекторной цепи транзистора.

Хотим мы этого или не хотим, но обратная связь существует в любом транзисторном усилителе. Она возникает, например, и из-за того, что входная и выходная цепи имеют некоторые общие участки в самом транзисторе. Так, в схеме ОЭ (рис. 67) коллекторный ток проходит по участку эмиттер — база, а этот участок, естественно, входит и во входную цепь. В итоге любое изменение коллекторного тока приводит к некоторому изменению управляющего напряжения, а это не что иное, как обратная связь.

Обратная связь может возникать и вне транзистора. Так, например, если в усилительном каскаде имеются два колебательных контура — во входной и в выходной цепи — то совсем не исключено, что 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 Uос обратной связи, попавшее во входную цепь, действует согласованно с ее основным жителем — напряжением сигнала Uсиг, иными словами, если Uсиг и Uос совпадают по фазе, то обратная связь называется положительной (рис. 85).

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

Если же напряжение обратной связи приходит во входную цепь, чтобы мешать ее основному сигналу, если напряжения Uсиг и Uос 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 Uсиг и Uос 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 Uсиг и Uос 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 превысила 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 Uсиг. 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 лишь 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 нашего 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.