Транзистор?.. Это очень просто! - [23]

Л. — Похвальная инициатива! И тебе удалось достичь цели?

Н. — И да, и нет… Как видишь, достаточно уклончивый ответ. Но меня смущает тот факт, что у лампы мы учитывали три величины: анодный ток I_а, напряжение анод — катод U_аи напряжение сетка — катод U_c, а у транзистора нужно учитывать четыре: ток коллектора I_к, напряжение коллектор — эмиттер U_к, напряжение база — эмиттер U_би ток базы I_б.

Л. — Все это правильно. Действительно, кроме исключительных случаев, лампы работают без сеточного тока. В транзисторах же ток базы играет первостепенную роль.

Рациональная схема

Н. — Вот схема, которую я придумал для снятия этих четырех величин (рис. 43).

Рис. 43.Схема, используемая для снятия характеристик транзистора.

Л. — Здесь я вижу потенциометр R₁, который служит для изменения по желанию напряжения между базой и эмиттером; это напряжение измеряется вольтметром U_б. Кроме того, у тебя есть потенциометр R₂, служащий для изменения напряжения коллектор — эмиттер, измеряемого вольтметром U_к. Ты измеряешь ток базы микроамперметром I_б, а ток коллектора — миллиамперметром I_к. Поздравляю тебя, Незнайкин: с твоей схемой можно проделать хорошую работу! Что же у тебя не ладится?

Н. — У меня складывается впечатление, что я стал жертвой той самой шутки, которую я еще мальчишкой проделывал с нашей кухаркой Меланьей.

Л. — В чем же заключалась твоя шутка?

Н. — Однажды вечером я тонкой проволокой соединил все кастрюли между собой, и когда Меланья захотела взять одну из них, вся кухонная батарея обрушилась ей на голову.

Л. — Это, к сожалению, делает честь лишь твоему воображению. Но я все еще не вижу…

Н. — А тем не менее, это очевидно. У меня сложилось впечатление, что стрелки моих приборов связаны между собой невидимыми нитями, как кастрюли Меланьи. Достаточно одной из них покачнуться, как две другие немедленно приходят в движение. Например, когда я поворачиваю ручку потенциометра R₁, изменяя тем самым напряжение базы U_б, одновременно изменяется ток базы I_б, а также и ток коллектора I_к.

Две первые характеристики

Л. — А разве это не нормально? Этим ты демонстрируешь сам принцип действия транзистора. Прилагая между базой и эмиттером возрастающее напряжение, ты повышаешь ток, идущий от эмиттера к базе, и тем самым увеличиваешь ток, идущий от эмиттера через базу к коллектору.

Н. — Разумеется. Это полностью аналогично влиянию сетки на анодный ток в вакуумной лампе. Кстати, вот две кривые, которые я снял, регулируя потенциометром R₁напряжение U_б и записывая для каждого его значения величины I_б и I_к(рис. 44 и 45).

Рис. 44.Зависимость тока базы I_б от напряжения база — эмиттер U_б. На этом рисунке, как и на всех остальных, где изображены характеристики транзистора, полярность напряжений базы и коллектора не указана. Потенциалы обоих электродов положительны относительно эмиттера у транзисторов структуры n-р-n и отрицательны у транзисторов структуры р-n-р.

Рис. 45. Зависимость тока коллектора I_к от напряжения бaза — эмиттер U_б.

Л. — Очень хорошо, Незнайкин. Я вижу, что ты испытываешь транзистор средней мощности, потому что коллекторный ток достигает здесь значительной величины — порядка полуампера…

Твоя первая кривая, где взаимодействую только два элемента — эмиттер и база, характеризует зависимость тока базы от потенциала базы по отношению к эмиттеру и является характеристикой диода, образованного эмиттером и базой.

Н. — Правда! Ток увеличивается сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Я вижу, что эта кривая не представляет большого интереса, но, думаю, что другая кривая, отражающая изменение коллекторного тока в зависимости от напряжения базы, имеет большое значение.

Незнайкин знакомится с обманчивой крутизной

Л. — Не увлекайся, мой друг. Вторая кривая действительно очень показательна. Она, в частности, показывает нам, что крутизна транзистора не постоянна и изменяется в зависимости от величины напряжения.

Н. — Как? Разве, имея дело с транзисторами, тоже говорят о крутизне? Для ламп — это отношение небольшого изменения анодного тока к вызвавшему его небольшому изменению сеточного напряжения.

Л. — Да, здесь по аналогии мы также определим крутизну[10] как отношение небольшого изменения ΔI_к к вызвавшему его небольшому изменению ΔU_б. Обозначив крутизну буквой S, получим:

Часто этот параметр транзистора называют полной проводимостью прямой передачи и обозначают Y₂₁.

Крутизна у транзисторов, как и у ламп, выражается в миллиметрах на вольт.

Н. — Я действительно заметил, что при повышении напряжения базы крутизна нашего транзистора возрастает. При переходе от 0,2 к 0,4 В ток увеличился всего на 50 мА, а при повышении напряжения базы от 0,6 до 0,8 В он увеличился примерно на 180 мА. Следовательно, в первом случае мы имеем крутизну 50: (0,4–0,2) = 250 мА/В, а во втором случае 180: (0,8–0,6) = 900 мА/В. Чудовищно! У лампы никогда нельзя получить такой крутизны.

Л. — Однако не делай слишком поспешных выводов о том, что усиление транзистора действительно так велико. Здесь роль крутизны значительно скромнее, так как в конечном итоге решающее значение имеет влияние тока базы на ток коллектора.