Электроника?.. Нет ничего проще! - Жан-Поль Эймишен

А для самых высоких передаваемых частот (максимальная интересующая нас частота 20 кгц) реактивное сопротивление этого провода составляет около 800 ом. Для сигнала, поступающего от источника с внутренним сопротивлением 10 ком, эти 800 ом явились бы почти коротким замыканием, что привело бы к полной потере всех высоких частот и сильному искажению воспроизводимого звука. При моем же каскаде — катодном повторителе с его внутренним сопротивлением 140 ом эти 800 ом — можно просто не принимать во внимание: они внесут некоторый сдвиг фазы, ноне вызовут никакого ощутимого ослабления звука.

Н. — Да, но скажи мне… ведь твой каскад с катодной связью напряжения не усиливает?

Л. — Ты прав. Каскад с катодной связью не дает никакого усиления по напряжению (коэффициент усиления даже немного, меньше единицы), но «переписывает» входное напряжение, получаемое от генератора с очень большим внутренним сопротивлением, не способным давать большой ток; в результате мы получаем выходное напряжение, «обросшее мышцами», т. е. равное или почти равное входному напряжению, но в отличие от него способное давать значительный ток без ущерба для себя. Выходное напряжение стало «невозмутимым» — оно мало подвержено влиянию помех.

Н. — Совсем как мышь, ведущая слона на поводке!

Л. — Конечно, это очень модно! Только что в Булонском лесу я видел трех таких мышей, гуляющих со своими слонами!

Н. — Ты напрасно смеешься надо мной. Дай мне закончить, Любознайкин. Я вспомнил один цирковой номер, который мне однажды довелось видеть. Мышь бежала по бортику манежа и тащила тончайший поводок, завязанный на шее слона. А слон шел за мышью и старался удерживать без изменения натяжение поводка: шел быстрее, когда поводок натягивался, и замедлял шаг, если он провисал. Слон шел с такой же скоростью, что и мышь, но он даже не почувствовал бы препятствия, которое остановило бы его поводыря. Зрителям же казалось, что мышь тащит толстокожего ленивца, и они хохотали до упаду.

Л. — Я подозреваю, что эта история придумана тобою для пользы дела… Во всяком случае она показывает, что благодаря «слону-повторителю», ты хорошо понял принцип катодного повторителя.

Н. — Это схема, которую можно сделать только на лампах — транзисторы здесь не годятся, потому что у них нет катода.

Л. — Нет, но у них есть эмиттер, выполняющий роль катода, и довольно часто делают схему с общим коллектором (рис. 49), которую также называют «эмиттерным повторителем». Я нарисовал схему для транзистора р-n-р. Для транзистора n-р-n нужно поменять напряжения на обратные, и мы получим схему, более похожую на ламповую.

Рис. 49. Каскад с нагрузкой в цепи эмиттера (схема с общим коллектором или эмиттерный повторитель) — транзисторный эквивалент ламповой схемы катодного повторителя.

Н. — Значит, по своим параметрам эта схема строго идентична схеме, приведенной на рис. 47?

Л. — Нет, только аналогична. В изображенной на рис. 47 схеме сетку обычно делают отрицательной относительно катода. Следовательно, никакого сеточного тока нет и возможное внутреннее сопротивление источника, дающего входное напряжение Uвх не учитывается.

В транзисторе имеется ток базы; он в β раз меньше тока коллектора (с приемлемой точностью можно сказать, что он также в β раз меньше тока эмиттера, так как последний очень близок к току коллектора). Если изменять ток эмиттера, то будет изменяться и ток базы; изменения последнего, естественно, будут в β раз меньше. Если дающий напряжение U источник имеет внутреннее сопротивление, то получаемый от него ток может вызвать изменение напряжения U. Следовательно, в эмиттерном повторителе выходное сопротивление зависит от выходного сопротивления источника, подающего в схему сигнал.

Можно сказать, что выходное сопротивление изображенной на рис. 49 схемы равно обратной величине крутизны транзистора (крутизна транзистора представляет собой частное от деления усиления по току на его выходное сопротивление при включении по схеме с общим эмиттером), увеличенной на частное от деления его усиления по току β на выходное сопротивление генератора, вырабатывающего напряжение U.

Н. — Вот это да! Как это сложно!

Л. — Совсем нет. И ты в этом сейчас убедишься на конкретном примере с числовыми значениями. Предположим, что внутреннее сопротивление транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, равно 1 ком, а усиление по току β = 60. Следовательно, крутизна этого транзистора равна 60: 1000 или 60 ма/в. Если напряжение U подается от источника с низким выходным сопротивлением, то при изменении тока базы оно не будет изменяться. Выходное сопротивление, как и в ламповой схеме, будет величиной, обратной крутизне, т. е. 16,7 ом (я не учитываю сопротивление резистора R, которое следует рассматривать как включенное параллельно этому сопротивлению 16,7 ом).

Но если выходное сопротивление источника, дающего напряжение U, равно 2 ком, то на каждый израсходованный на эмиттере миллиампер расход на базе составит 1/60 ма, вследствие чего напряжение U снизится на

Это отразится на выходе (усиление по напряжению почти равно единице), и выходное сопротивление увеличится на , (напряжение снижается на 1/30 в на каждый потребленный миллиампер).

Следовательно, выходное сопротивление будет:

16,7 oм + 38 ом ~= 50 ом.

Н. — Значит, в схеме эмиттерного повторителя выходное сопротивление зависит от выходного сопротивления!

Л. — Схема эмиттерного повторителя значительно уменьшает эту зависимость, но не устраняет ее полностью как катодный повторитель.

Н. — Ну вот, видишь, транзисторы значительно уступают лампам.

Л. — Незнайкин!.. Если ты еще раз скажешь такую безобразную нелепость, я выставлю тебя за дверь и не покажу тебе транзисторной схемы «суперэмиттерного повторителя», не имеющего себе равного на лампах.

Н. — Как она устроена?

Л. — Схему я нарисовал тебе на рис. 50, а на рис. 51 схематически изобразил двухкаскадный усилитель, изучение которого поможет тебе понять схему на рис. 50. Ты видишь, что на схеме рис. 51 ток базы транзистора Т1 (транзистор типа n-р-n) направлен от источника напряжения U; его величина Iб1. Ток коллектора Iк1 транзистора Т1 идет в обратном направлении (оно показано стрелкой и соответствует условному направлению движения тока); следовательно, его можно взять непосредственно с базы транзистора Т2 (Iк1 = Iб2) (транзистор типа р-n-р). Ток коллектора Iк2 транзистора Т2 проходит по резистору R и создает выходное напряжение Uвых.

Рис. 50. Двухкаскадный вариант устройства с малым выходным сопротивлением.

Рис. 51. Двухкаскадный усилитель с большим коэффициентом усиления.

Н. — Должен признаться, что меня соблазняет простота схемы — один резистор на целых два транзистора.

Л. — Изображенная на рис. 51 схема дает очень большое усиление по напряжению. Коэффициент усиления легко подсчитать по формуле

k = S1β2R,

где S1 — крутизна характеристики транзистора T1, β2 — усиление по току транзистора Т2.

Например, при S1 = 12 ма/в, β2 = 50 и R = 500 ом коэффициент усиления по напряжению составит 300.

Если мы вычтем из напряжения U все выходное напряжение Uвых, чтобы приложить между эмиттером и базой транзистора T1 только напряжение U' = U — Uвых, то получим усилитель с коэффициентом отрицательной обратной связи (мы к этому вернемся), равным 300; схема такого усилителя показана на рис. 50.