Н. — Иначе говоря, здесь мы имеем дело уже не с усилением по току, а с усилением по напряжению. И я думаю, что его можно охарактеризовать крутизной, замерив, на сколько миллиампер изменяется ток исток — сток при изменении напряжения затвор — исток на 1 В.
Л. — Ты, мой друг, прав. И я должен сказать, что некоторые полевые транзисторы имеют крутизну 10 мА/В и даже выше. Я рад, что полевой эффект благотворно сказывается на тебе и стимулирует твои умственные способности… Чтобы полностью завершить эту тему, я добавлю, что существует особая разновидность этих транзисторов, сокращенно называемая МОП (от «металл-окисел-полупроводник»). В этих приборах зоны, образующие затвор, покрыты гонким слоем диэлектрика (двуокиси кремния), на который нанесен слой металла. Усиливаемые сигналы подаются на этот слой, образующий одну обкладку конденсатора; второй обкладкой служат зоны затвора. В полевых МОП транзисторах входное сопротивление практически бесконечно.
Н. — Но этого я не могу сказать о моем сопротивлении усталости. Остановимся на этом, чтобы все новые понятия в моем бедном мозгу пришли в порядок.
Беседа шестая
ЦАРСТВО КРИВЫХ
Для того чтобы применять транзисторы, надо знать их основные характеристики. Последние, как и характеристики ламп, могут выражаться значениями основных параметров или в виде графиков, показывающих, как некоторые токи и напряжения изменяются в зависимости от других. Однако для транзисторов графическое изображение характеристик особенно ценно, ибо каждая переменная величина влияет на большинство других. Вот почему двое наших друзей проделают очень полезную работу, рассмотрев различные параметры и характеристики транзисторов.
Содержание: Схема для снятия характеристик. Характеристики Iб = f(Uб) и Iк = f(Uб). Крутизна. Усиление по току. Входное сопротивление. Связь между крутизной, внутренним сопротивлением и усилением по току. Насыщение. Семейство характеристик. Аналогия с пентодом. Предельная мощность. Выходное сопротивление. Определение параметров по семейству статических характеристик.
Любознайкин. — Черт возьми! Что я вижу! Что означает это скопище измерительных приборов, батарей и потенциометров на твоем столе?
Незнайкин. — Очевидно, ты не видишь главного, и на это есть причины. Ведь рядом с вольтметрами и амперметрами транзистор выглядит совсем маленьким. А он тем не менее виновник сегодняшнего торжества.
Л. — Но какова цель всего этого нагромождения приборов?
Н. — А ты помнишь, как мы снимали характеристики электронных, ламп: изменения анодного тока в зависимости от сеточного напряжения или от анодного напряжения? Ну вот, я и хотел снять аналогичные характеристики для своего транзистора.
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 Iа, напряжение анод — катод Uа и напряжение сетка — катод Uc, а у транзистора нужно учитывать четыре: ток коллектора Iк, напряжение коллектор — эмиттер Uк, напряжение база — эмиттер Uб и ток базы Iб.
Л. — Все это правильно. Действительно, кроме исключительных случаев, лампы работают без сеточного тока. В транзисторах же ток базы играет первостепенную роль.
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 Uб. Кроме того, у тебя есть потенциометр R2, служащий для изменения напряжения коллектор — эмиттер, измеряемого вольтметром Uк. Ты измеряешь ток базы микроамперметром Iб, а ток коллектора — миллиамперметром Iк. 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 Uб, одновременно изменяется ток базы Iб, а также и ток коллектора Iк.
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 R1 напряжение Uб и записывая для каждого его значения величины Iб и Iк (рис. 44 и 45).
Рис. 44. Зависимость тока базы Iб от напряжения база — эмиттер Uб. 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 Iк от напряжения бaза — эмиттер Uб.