Евгений Айсберг - Транзистор?.. Это очень просто!
Н. — Ну так что же, я предпочитаю сражаться с открытым забралом. Что же представляет собой эта твоя новая ловушка?
Л. — Это внутренняя емкость между коллектором и базой. Если на входе и на выходе ты имеешь контуры, настроенные на одну частоту, то этой емкости (которая может быть порядка нескольких десятков пикофарад) достаточно, чтобы образовать между контурами связь, превращающую мирный транзистор в генератор высокочастотных колебаний.
Н. — Вспомни, что для предотвращения подобных связей, возникающих из-за емкости между анодом и сеткой в лампах-триодах, между этими электродами устанавливают экранирующую сетку, на которую подается постоянный потенциал, я подозреваю, что так же поступают и в транзисторах.
Л. — В некоторой мере ты прав: так устроены транзисторы p-n-i-p, о которых мы уже говорили. Слой беспримесного полупроводника (i) в определенном смысле играет роль экрана, снижающего емкость база — коллектор. В дрейфовых моделях транзисторов также имеется зона, удаляющая коллектор от базы. А при работе с обычными транзисторами для предотвращения самовозбуждения используют метод, предложенный для высокочастотных схем на лампах еще до изобретения тетродов.
Этот метод заключается в нейтрализации паразитной емкости путем приложения на управляющий электрод напряжений такой же амплитуды, но в противофазе. В ламповых схемах для этого использовался маленький «нейтродинный» конденсатор, который часть усиленного напряжения передавал на сетку в противофазе.
Н. — По-моему, это своего рода обратная связь, и в транзисторных схемах она должна подаваться на базу. Но как в этих условиях выполнить требование о противофазе? Нужно ли включать специальный фазоинверторный каскад?
Л. — К чему такие усложнения? Всегда можно найти точку, где напряжение будет в противофазе по отношению к напряжению на коллекторе. В случае трансформатора с ненастроенной вторичной обмоткой один из выводов этой обмотки и является такой точкой (рис. 116).
Рис. 116. Конденсатор Сн служит для нейтрализации действия внутренней емкости коллектор — база.
Н. — Следовательно, его просто соединяют с базой через конденсатор Сн, емкость которого подобрана так, чтобы напряжения имели ту же амплитуду, что и напряжения, проходящие через емкость коллектор — база. А почему нельзя применять этот же способ с трансформатором, у которого вторичная обмотка тоже настроена? Разве у него на одном из выводов вторичной обмотки не появляется напряжение с фазой, противоположной напряжению на первичной обмотке?
Л. — Увы, нет! После настройки вторичной обмотки напряжение на ее концах сдвинуто по фазе только на четверть периода. Это несколько усложняет дело, и для получения нейтрализующего напряжения приходится применять небольшую вспомогательную обмотку. Однако вместо нее можно сделать у первичной обмотки вывод для соединения с отрицательным полюсом источника питания. Тогда конец первичной обмотки, расположенный по другую сторону от части, соединенной с коллектором, будет иметь напряжение в противофазе с напряжением на коллекторе. И нам остается только сиять это напряжение и приложить его через конденсатор Сн к базе (рис. 117).
Рис. 117. Вариант схемы нейтрализации, применяемый в усилителях с полосовыми фильтрами.
Н. — А всегда ли нужно прибегать к нейтрализации в каскадах высокой и промежуточной частоты?
Л. — Нет. Часто затухания, вызванного малым сопротивлением транзисторов, достаточно, чтобы устранить всякую возможность самовозбуждения. А при транзисторах структуры p-n-i-p и дрейфовых транзисторах нейтрализация, как правило, не нужна вообще. Впрочем, заметь, Незнайкин, что я не изображал на схемах, чтобы сделать их более наглядными, никаких устройств температурной стабилизации (обратная связь с помощью резистора в цепи эмиттера), которые тоже применяются в каскадах высокой и промежуточной частоты.
Автоматическая регулировка усиления
Н. — Можно ли в транзисторных схемах сделать автоматическую регулировку усиления (АРУ), зависящую от величины принимаемых сигналов? Я хочу сказать — такую регулировку, которая бы служила не только для сглаживания замирания сигнала, но и для устранения любых колебаний принимаемого сигнала, как, например, при проезде автомобиля с приемником под металлическим мостом.
Л. — АРУ в транзисторных схемах строится по тем же принципам, что и в ламповых схемах. Ты знаешь, что усиление транзистора зависит от его крутизны, которая в свою очередь изменяется от тока эмиттера. Следовательно, изменяя смещение базы, можно изменять усиление. Если используется, как это обычно бывает, транзистор структуры р-n-р, то ток эмиттера, а следовательно, и усиление можно уменьшить, сделав базу менее отрицательной.
Н. — А, я догадался, для этой цели используют напряжение, снимаемое после детектирования и усредненное с помощью сопротивления, развязанного емкостью.
Л. — Правильно, однако и здесь следует иметь в виду, что управление транзистором требует не напряжения, а мощности. Поэтому часто приходится снимать регулирующее напряжение после усиления постоянной составляющей полученного от детектора сигнала. Позднее ты увидишь, что в этом нет ничего сложного.
Н. — А пока я вижу (рис. 118), что каскады высокой и промежуточной частоты управляются довольно простой системой АРУ.
Рис. 118. Усилительный каскад высокой или промежуточной частоты, управляемый системой автоматической регулировки усиления (АРУ).
Напряжение, которое должно иметь положительную полярность при увеличении уровня сигнала, поступает на базу через резистор R4. Другой резистор R2, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, вместе с образует делитель напряжения. Таким образом, средний потенциал базы будет изменяться: он будет тем отрицательнее, чем слабее сигнал; это повлечет за собой увеличение усиления. При больших уровнях сигнала, наоборот, потенциал базы будет менее отрицательным, что приведет к снижению усиления. Итак, все будет прекрасно!
Непредвиденная трудность
Л. — Я еще раз вынужден омрачить твою радость. Не забывай, что в транзисторе все взаимосвязано и что каждое изменение одной из величин резко изменяет все другие. В данном случае входная и выходная емкости изменяются одновременно и в том же направлении, что и величина тока эмиттера.
Н. — Значит, регулирующее напряжение своими изменениями вызывает еще и расстройку колебательных контуров, включенных на выходе и входе транзистора?
Л. — Ну, да, Незнайкин, но этим, однако, не ограничиваются неприятности, так входное и выходное сопротивления также изменяются в зависимости от тока эмиттера, но в противоположном направлении.
Н. — А это важно? Ведь увеличение этих сопротивлений лишь меньше будет шунтировать контуры на входе и выходе. И приемник станет более избирательным…
Л. — … и поэтому он хуже будет воспроизводить звук, так как полоса пропускания станет более узкой и мы лишимся высоких звуков при приеме сильных сигналов.
Н. — Я понял твой метод, Любознайкин, который состоит в том, чтобы создавать себе трудности, а затем устранять их как бы по мановению волшебной палочки. Так будь любезен и взмахни своей волшебной палочкой.
Л. — По правде говоря, тебе следует удовлетвориться компромиссом, так как нелегко устранить все недостатки, которые я тебе указал. Для этой цели можно усилить действие регулятора, воздействуя одновременно на затухание настроенного контура, с тем чтобы повысить это затухание, когда сигналы становятся более сильными. Вот очень ловко придуманная схема, позволяющая это сделать (рис. 119). Ты найдешь здесь тот же способ управления усилением при помощи постоянной составляющей напряжения детектированных сигналов, которое прикладывается к базе транзистора. Но, кроме того, ты неожиданно для себя обнаружишь в схеме необычайный диод Д, включенный между выводом одного из входных контуров и резистором развязки R5 в цепи коллектора. Попробуй проанализировать его значение.
