Основы электронной техники (стр. 27 )

где п = T1/ T2 – коэффициент трансформации. Не путать: в этой форму­ле T1 и T2 – число витков в первичной и вторичной обмотках трансфор­матора соответственно.

Рис. 23.11. Согласование каскадов

с помощью трансформатора.

Рис. 23.12.

Мощность рассеяния

Транзисторы, как и все другие компоненты электронных схем, характе­ризуются некоторой номинальной (паспортной) рабочей мощностью, пре­вышение которой может привести к разрушению транзистора.

Мощность, рассеиваемая транзистором, определяется произведением IcVCE и измеряется в ваттах.

Рассмотрим, например, схему на рис. 23.12, где Vc = 9 В, Ve = 1,5 В. Имеем

Отсюда мощность, рассеиваемая в транзисторе, равна

Заметим, в нагрузочном резисторе рассеивается мощность

Допустимая величина мощности, рассеиваемой транзистором, может быть представлена на выходных характеристиках гиперболой или кривой постоянной паспортной мощности рассеяния, как, показано на рис. 23.13. Каждая точка этой кривой соответствует одной и той же мощности рас­сеяния. Рабочая точка транзистора Q должна выбираться или на са­мой кривой паспортной мощности рассеяния, или ниже этой кривой. Для обеспечения максимальной выходной мощности усиливаемого сигнала ра­бочая точка обычно выбирается на этой кривой.

Как видно из рис. 23.13, так называемая область безопасных режимов работы транзистора ограничена линией насыщения, линией отсечки (Ib = 0) и кривой паспортной мощности рассеяния транзистора. Эта область на рис. 23.13 отмечена штриховкой.

Рис. 23.13. Область безопасных режимов работы транзистора (заштрихована по краям).

24

Усилители с общей базой и общим коллектором

Усилитель с общей базой

На рис. 24.1 показан усилитель, где транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ). Необходимое смещение создают два отдельных источника питания. Разделительный конденсатор С1 обеспечивает передачу пере­менного входного сигнала на эмиттер транзистора (входное напряжение прикладывается между эмиттером и базой). Выходной сигнал снимается с нагрузочного резистора R4.

На рис. 24.2 приведена практическая схема усилителя промежуточной частоты с одним источником питания. Нагрузкой усилителя являет­ся резонансный контур С3L1 с трансформаторной связью. С1 – входной разделительный конденсатор, резисторы R1 и R2 образуют цепь смещения по постоянному току, R3 — эмиттерный резистор. Развязывающий конденсатор С2 обеспечивает сохранение на базе транзистора нулевого потенциала по переменному току. В данном случае развязывающий конденсатор присоединен к положительной шине источника питания, а не с шасси. Это допустимо, поскольку по переменному току (то есть для переменного сигнала) потенциал этой шины равен нулю. Потенциалы положительной шины источника питания и шасси отличаются только по постоянному току.

Усилитель с ОБ имеет низкое входное сопротивление (50-100 Ом) и низкий коэффициент усиления по сравнению с усилителем по схеме с ОЭ. Преимущество этого усилителя – хорошие частотные характеристики (широкая полоса пропускания). Поэтому усилители с ОБ используют­ся при очень высоких частотах, например в качестве усилителей РЧ в радиоприемниках и телевизорах, усилителей ПЧ в ЧМ-приемниках и т. д.

Рис. 24.1. Усилитель с ОБ. Источники питания Е1 и Е2 задают режим усилителя по постоянному току.

Рис. 24.2. Типичный УПЧ по схеме с ОБ.

Фазовые соотношения

При уменьшении входного сигнала потенциал эмиттера уменьшается от­носительно потенциала базы, ток Ic увеличивается и увеличивает падение напряжения на коллекторном резисторе. В результате уменьшается вы­ходное напряжение. Таким образом, усилитель с ОБ не изменяет фазу входного сигнала при его усилении.

Усилитель с общим коллектором

На рис. 24.3(а) показан усилитель, где транзистор включен по схеме с об­щим коллектором. Здесь С1 и С2 – входной и выходной разделительные конденсаторы, резисторы R1 и R2 образуют цепь смещения по постоянно­му току. Коллекторный резистор отсутствует, так как выходной сигнал снимается с эмиттера. На рис. 24.3(б) представлен обычный способ изображения схемы усилителя с ОК. Выходной сигнал действует на эмиттерном резисторе R3, и поэтому данная схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерный повторитель имеет высокий коэффициент усиления по току и меньший единицы коэффициент усиления по напря­жению. Такое значение коэффициента усиления по напряжению связано с действием 100 %-ной отрицательной обратной связи через резистор R3.

Фазовые соотношения

При увеличении входного сигнала потенциал базы увеличивается отно­сительно потенциала эмиттера, т. е. увеличивается напряжение VBE, и соответственно увеличивается падение напряжения на эмиттерном рези­сторе, являющегося выходным напряжением. Таким образом, усилитель с ОК не изменяет фазу входного сигнала при его усилении.

Рис. 24.3. Эмиттерный повторитель, или усилитель с ОК, (а)

и стандартное изображение его схемы (б).

Таблица 24.1. Сравнение усилителей с ОЭ, ОБ и ОК

Конфигу­рация	Входное сопротивление	Выходное сопротивление	Инвертиро­вание фазы	Преимущества
ОЭ	1-2 кОм	10-50 кОм	Да	Высокое усиление по току и мощности
ОБ	Очень низкое	Очень высокое	Нет	Хорошие частотные характеристики
ОК	Очень высокое	Очень низкое	Нет	Низкое выходное сопротивление, высокий коэффициент усиления по току

25

Фотоэлектрические приборы

Типы фотоэлектрических приборов

Электровакуумный фотоэлемент работает на принципе эмиссии электро­нов из катода при падении света па его поверхность.

Фоторезистор изменяет свое сопротивление в зависимости от интен­сивности падающего на него света.

Фотогальванический элемент генерирует ЭДС, величина которой определяется интенсивностью света, падающего на поверхность элемента. Для фотогальванических элементов можно, например, использовать та­кой полупроводниковый материал, как селен. Элементы на основе селена вырабатывают ЭДС, достаточную для отклонения стрелки вольтметрами могут применяться в качестве фотометров. Фотогальванические ячей­ки используются также в качестве источников питания для телефонных ретрансляторов и спутников связи. На их основе строятся солнечные батареи, преобразующие солнечный свет в электрическую энергию.

Фотодиоды и фототранзисторы. В фотодиоде pn-переход смещен в обратном направлении. Единственным током, протекающим через такой переход, является малый ток утечки, который рассматривается как поме­ха при обычном использовании диода. В фотодиоде этот ток становится рабочим током. Установлено, что ток утечки возрастает не только при увеличении температуры перехода, но и при освещении области перехода. Именно поэтому диоды и транзисторы помещают в непрозрачные корпуса. В отличие от обычных диодов в корпусе фотодиодов делают небольшое «окно», через которое свет может попадать на pn-переход, увеличивая ток утечки.

Фототранзисторы работают на том же принципе, что и фотодиоды. Об­лучаемым переходом в этом случае является обратносмещенный переход база — коллектор. Преимущество фототранзистора заключается в том, что дополнительный ток утечки, вызываемый светом, усиливается тран­зистором и становится достаточным для отклонения стрелки вольтметра, как и в случае фотометра. На рис. 25.1 показана схема включения фототранзистора. Несколько совместно работающих фототранзисторов могут быть использованы для управления электродвигателем.

Рис. 25.1. Схема включения фототранзистора.

Светоизлучающий диод

В прямосмещенном рп-переходе электроны, приходящие из п-области, инжектируются в р-область. Некоторые из этих электронов рекомбинируют с дырками в p-области. Такая рекомбинация приводит к выделению энер­гии в форме видимого света. Эффективность генерации света и большая интенсивность светового пучка достигаются за счет использования вместо кремния и Германия полупроводниковых материалов на основе галлия и мышьяка. Приборы, работающие на принципе генерации света при протекании тока через pn-переход, называются светоизлучающими диодами (СИД) и обозначаются на схемах так, как показано на рис. 25.2. Длина волны излучаемого света, то есть цвет излучения, зависит от использу­емого материала. Наиболее распространены СИД красного и зеленого свечения.