Всі елементи електричної схеми потрібні і важливі Якщо схема має непотрібні елементи, то це, найімовірніше, погана схема Але зробити такий висновок можна тільки після ретельного аналізу схеми Ми вже зустрічали, наприклад, у схемі блоку живлення діоди, без яких схема буде працювати Але рекомендації виробника мікросхем стабілізаторів, що додали діоди, вважаю, були результатом аналізу можливих причин виходу мікросхем з ладу

Хоча всі компоненти схеми потрібні, транзистори мають особливий статус Недарма кількість моделей транзисторів не вміщується ні в один довідник І з кожним роком зявляються все нові і нові моделі Виробники транзисторів постійно вдосконалюють їх, покращуючи параметри

Ми раніше розглядали біполярний транзистор Ми навіть розрахували номінали опорів в найбільш часто зустрічається схемі включення транзистора Скористаємося отриманими результатами для проведення чергового експерименту

Рис 51 Випробування транзистора трикутними імпульсами напруги

У програмі Multisim з приладів я використовую крім осцилографа ще й функціональний генератор XFG1 Генератор відтворює синусоїдальні, прямокутні і трикутні різнополярні імпульси Мені потрібні трикутні, однополярні імпульси Щоб отримати їх, я використовую постійну складову (offset в налаштуваннях властивостей генератора) Крім того, я підбираю амплітуду імпульсів і величину резистора R3 такими, щоб отримати потрібну мені

«Картинку» на екрані осцилографа

Віртуальний осцилограф зручний для спостереження за подіями в режимі реального часу Але для аналізу отриманих результатів програма пропонує інший засіб – оглядач графіків, отриманих при симуляції схем на екранах приладів

Рис 52 Графік, отриманий на екрані осцилографа в Grapher

Перевага роботи з таким графіком в тому, що його можна збільшити на весь екран монітора, можна використовувати курсори для отримання значень в будь-якій точці кривої

Трикутні імпульси генератора, в даному випадку, це лінійно наростаюче до заданої величини напруження, яке також лінійно спадає до нуля Як ми знаємо, це напруга викликає зміну вхідної струму транзистора, який змінюється за законом вхідного сигналу Зі зміною струму бази (вхідним) повязана зміна струму колектора: Ік = B * Іб

Як видно з малюнка, і про це ми раніше говорили, перетворення вхідного струму (або напруги) у вихідний (струм колектора) не зовсім лінійно Якщо вхідна напруга складається строго з прямих ліній, то вихідна напруга трохи «кривувато» Якщо ми хочемо використовувати каскад підсилення на транзисторі для масштабного перетворення вхідної напруги, то хотіли б отримати закон зміни вхідного напруги без спотворень Тобто, з «кривуватою» щось потрібно буде зробити Пізніше ми поговоримо про це

А зараз згадаємо, що проводячи досліди з конденсатором і індуктивністю, ми відзначали, що напруга і струм через них не знаходяться у фазі (Не синфазних) Переносячи це поняття на вхідний і вихідний напруга у транзисторного каскаду посилення, ми можемо сказати, що вони противофазно: коли вхідна напруга зростає, вихідна спадає і навпаки Пізніше цей факт ми використовуємо для поліпшення властивостей підсилювального каскаду

Заглянувши в будь-який довідник по транзисторах, можна побачити, що бувають транзистори низькочастотні, а бувають високочастотні Що це означає

Проводячи спостереження за посиленням транзистором синусоїдального, наприклад, напруги, ми використовували одну частоту генератора Якщо ми проведемо досвід, в якому будемо міняти частоту, то виявимо, що починаючи з деякою частоти, посилення каскаду на транзисторі буде зменшуватися Тобто, транзистор нерівномірно посилює змінну напругу будь-якої частоти Цей факт відноситься до частотним властивостям транзистора

Для випробування підсилювачів на різних частотах іноді використовують спеціальні генератори з плавно мінливою частотою Їх називають «свіп-генератори» або генераторами хитається частоти У програмі Multisim для мети побудови кривої залежності підсилення від частоти використовують плоттер Боде

Рис 53 Досвід з плоттером Боде і транзисторним каскадом підсилення

Таку ж характеристику, її називають АЧХ (амплітудно-частотна характеристика), ми могли б побудувати по точках, роблячи заміри на виході при незмінній напрузі на вході на різних частотах На малюнку видно, що посилення до якоїсь частоти (на малюнку це 372 кГц) постійно, але починаючи з цієї частоти падає Частоту, де посилення починає падати (точніше спадає на 3 дБ), називають верхньою граничною частотою або верхньої частотою зрізу Для різних транзисторів вона різна У цьому сенсі є транзистори, у яких ця частота невелика, їх називають низькочастотними, а є транзистори, у яких вона досить велика, високочастотні На що впливає верхня гранична частота

Радіосигнали мають частоту в кілька десятків мегагерц, телевізійні сигнали в кілька сотень мегагерц Каскад підсилення, який ми досліджували, на цих частотах не зможе підсилювати Крім того, з математики відомо, що функцію, що описує прямокутні імпульси, можна розкласти в ряд простих функцій У радіотехніці використовують розкладання на функції синуса і косинуса, які входять в ряд з різними амплітудами і частотами, кратними основній частоті повторення імпульсів Такий аналіз називають гармонійним Так от, ми можемо розглядати посилення прямокутних імпульсів, як посилення всіх його складових За верхньої частотою зрізу складові прямокутного імпульсу посилюються гірше, що призводить до спотворення форми імпульсів

Разом з тим, ми памятаємо, що на транзисторі розсіюється потужність, виділяючись у вигляді тепла Якби транзистор повторював форму вхідних прямокутних імпульсів, то потужність в крайніх станах виявлялася б невеликий Але через спотворень доводиться враховувати потужність, що розсіюється в моменти переходу, яка виявляється значно більше

Спотворення імпульсів прямокутної форми через частотних обмежень може мати значення і в пристроях, де фронти імпульсів виробляють дії, наприклад, переписують дані в цифрових пристроях Затягнуті фронти ускладнюють процес роботи з даними

Рис 54 Випробування каскаду посилення прямокутними імпульсами частотою 200 кГц

Частота 200 кГц не надто велика, якщо врахувати, що цифрові мікросхеми працюють з частотою повторення імпульсів в десятки мегагерц І, якщо навіть на такій частоті імпульси перестали бути прямокутними, то, що з ними буде, якщо ми вирішимо застосувати підсилювач в цифровому пристрої

Замінивши транзистор більш високочастотним, ми отримаємо іншу верхню частоту зрізу:

Рис 55 Частотні характеристики транзистора 2N3391

Як видно на малюнку верхня гранична частота збільшилася до 17 МГц А прямокутні імпульси ..

Рис 56 Повторення випробування прямокутними імпульсами після заміни транзистора

… Стали значно більше схожі на прямокутні

Джерело: Гололобов ВН, – Самовчитель гри на паяльнику (Про електроніці для школярів і не тільки), – Москва 2012