н бесконечно велико (цепь вторичной обмотки не замкнута, холостой ход), Rвн тоже бесконечно велико, то есть, проще говоря, его нет.
Но величина вносимого сопротивления зависит не только от Rн, она еще зависит от коэффициента трансформации n, от соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотке (Р-106;4,5,6). Причем зависит очень сильно — коэффициент трансформации дважды влияет на величину Rвн. Первый раз, когда из первичной обмотки во вторичную наводится ток I2, и второй раз, когда обратно из вторичной обмотки в первичную наводится ток I'1. Поэтому Rвн зависит от квадрата коэффициента трансформации n: увеличьте его в два раза, и вносимое сопротивление возрастет в четыре, увеличьте n в 5 раз и Rвн возрастет в 25 раз (Р-106;4).
И еще: повышающий напряжение трансформатор как бы понижает сопротивление нагрузки при пересчете его в первичную цепь, а понижающий трансформатор, наоборот, увеличивает Rвн по сравнению с Rн. Это настолько важный вывод, что изложим его еще раз несколько иными словами: если на пути от генератора к нагрузке напряжение понижается, то есть если нагрузка включена через понижающий трансформатор, то Rвн будет больше, чем Rн. А если трансформатор повышающий, то Rвн меньше, чем Rн. И наконец, если коэффициент трансформации равен единице, то Rвн будет таким же, как и Rн.
Как видите, трансформатор открывает большие возможности для согласования генератора с нагрузкой — достаточно подобрать коэффициент трансформации, и в цепь генератора фактически будет включено такое вносимое сопротивление, какое требуется, например, для оптимального согласования.
А теперь настал момент рассказать о том, как добиваются согласования, не приспосабливая то, что есть, к тому, что есть, а активно изменяя неизменяемые, казалось бы, характеристики — входное и выходное сопротивление транзистора.
Т-190. У схем с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК) сильно различаются входные и выходные сопротивления и основные усилительные характеристики. Рассказ этот можно было бы озаглавить «2 + 2 = 3». Такое странное равенство должно привлечь внимание к задаче, которую приходится решать при включении транзистора или лампы в усилительный каскад. Дело в том, что у транзистора всего три вывода — эмиттер, база, коллектор (у лампы, соответственно, катод, сетка, анод), а подключить к нему нужно четыре провода — два от источника сигнала, например от микрофона, и два от нагрузки, например от громкоговорителя (Р-107;1).
Подключить четыре провода к трем (2 + 2 = 3) можно только так: один из выводов транзистора должен быть общим и для входной цепи, и для выходной, то есть и для источника сигнала, и для нагрузки. В принципе общим может быть любой из выводов, а значит, возможны три разные схемы — с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) и с общим коллектором (ОК). В ламповых усилителях это, соответственно, схемы с общим катодом, общей сеткой и общим анодом. На Р-107;1,2,3,4 вы видите схемы ОЭ, ОБ и ОК в предельно упрощенном виде.
Р-107
Из всех трех схем нам знакома одна — схема ОЭ (Р-93). Известно, что она усиливает ток в В раз, а также усиливает Напряжение, так как напряжение на нагрузке может быть больше, чем напряжение на входе транзистора, на участке эмиттер — база. Для маломощных транзисторов усиление мощности в схеме ОЭ составляет несколько тысяч. Схема ОЭ усиливает мощность во много раз больше, чем две другие, и это одна из причин ее популярности.
Теперь о входном сопротивлении Rвх и выходном Rвых. И входная цепь транзистора, и особенно выходная оказывают разное сопротивление постоянному и переменному току. Лучше всего это видно на примере коллекторной цепи открытого транзистора (Р-107;5). В реальном случае при напряжении на коллекторе 0,5 В через транзистор идет постоянный ток до 50 мА, для постоянного тока сопротивление коллекторной цепи 10 Ом. Но если мы попробуем менять напряжение и следить за изменением тока, то получим иную цифру — коллекторный ток очень мало меняется при изменении напряжения на коллекторе. Если напряжение Uк увеличить от 0,5 В до 10,5 В, то есть на 10 В, ток увеличится всего на 1 мА. Так менялся бы ток, если бы в цепи было включено сопротивление 10 кОм, и именно такое сопротивление оказывает транзистор меняющемуся коллекторному току, его переменной составляющей. А поскольку продукция транзистора, которую он должен передать дальше, не постоянный ток, а переменный, то можно считать, что эта последняя величина и есть выходное сопротивление транзистора Rвых. Именно его нужно согласовывать с последующим каскадом.
Аналогично определяют и входное сопротивление транзистора по изменению входного (базового) тока и входного напряжения. В схеме ОЭ входное сопротивление составляет примерно 500-2500 Ом. Оно, кстати, тем больше, чем выше коэффициент усиления по току у данного транзистора. Потому, что с увеличением В меньшая часть общего эмиттерного тока ответвляется в базу, а чем меньше ток при том же напряжении, тем, значит, больше сопротивление цепи.
Совсем иные цифры получаются в схемах ОБ и ОК.
В схеме ОБ (общая база) по входной цепи проходит уже не маленький базовый ток, а весь эмиттерный ток целиком. Из этого вытекают сразу два следствия, зачастую очень неприятных. Во-первых, коллекторный ток не может быть больше эмиттерного (Т-141), а значит, схема ОБ не дает усиления по току. Второе неприятное следствие касается входного сопротивления. Из-за того, что по входной цепи проходит большой эмиттерный ток, входное сопротивление транзистора оказывается очень маленьким (R = U:I, чем больше ток, тем, значит, меньше сопротивление). Оно практически в В раз меньше, чем в схеме ОЭ, и составляет несколько десятков Ом. А выходное сопротивление, наоборот, во много раз больше, чем в схеме ОЭ, оно достигает сотен килоом и даже нескольких мегом. Это связано с тем, что коллекторное напряжение Uк в схеме ОБ почти совсем не влияет на коллекторный ток Iк. В схеме ОЭ малая часть коллекторного напряжения доставалась эмиттерному переходу и с этого командного пункта как-то влияла на ток Iк. В схеме ОБ цепь питания коллектора совершенно изолирована от эмиттерного перехода.
Схема ОК (общий коллектор) тоже отличается от схемы ОЭ, но, если можно так сказать, в другую сторону. Схема ОК так же, как и ОЭ, усиливает ток в В раз, но она совсем не усиливает напряжения. Потому, что нагрузка здесь включена в цепь эмиттера и коллекторный ток создает на ней напряжение Uн, которое действует против напряжения на базе (Т-162). И напряжение на нагрузке в принципе не может быть больше, чем напряжение сигнала: в этом случае транзистор просто оказался бы закрытым. Практически в схеме ОК выходное напряжение равно входному, и эту схему называют эмиттерным повторителем — она не усиливает напряжение сигнала, а лишь повторяет его. При этом эмиттерная нагрузка может быть очень небольшой, выходное сопротивление усилителя измеряется килоомами, сотнями ом и даже десятками ом. В то же время входное сопротивление очень большое — десятки, сотни килоом и даже мегомы. И все из-за того же мешающего действия напряжения на нагрузке: из-за него напряжение на базе очень слабо влияет на входной ток, а это равносильно тому, что входная цепь имеет очень большое сопротивление.
На Р-107;6 — сводная таблица основных характеристик схем ОЭ, ОБ и ОК; из этой таблицы можно сделать некоторые выводы об особенностях этих схем.
Так, например, видно, что схемы с общей базой и с общим коллектором дают сравнительно небольшое усиление по мощности. Первая — потому что не усиливает ток, вторая — потому что не усиливает напряжение. Они применяются в основном в тех случаях, когда нужны их повышенные или пониженные входные или выходные сопротивления. В частности, низкое выходное сопротивление схемы ОК позволяет согласовывать с ней громкоговоритель без всякого трансформатора, и эта схема находит применение в выходных каскадах высококачественных бестрансформаторных усилителей НЧ. Кроме того, она используется в тех входных каскадах, где нужно согласовать усилитель с большим выходным сопротивлением кристаллического звукоснимателя (К-1;6).
Т-191. Участки схемы, заземленные по переменному току, не всегда заземлены по постоянному, и наоборот. Есть одна мелочь, которую обязательно нужно иметь в виду, рассматривая практические схемы, — одна и та же схема может быть просто начерчена по-разному: по-разному могут быть расположены детали, соединительные провода, точки их соединения или пересечения (Р-108). Из-за этого знакомая схема может показаться незнакомой, привычная — непонятной. Нужно уметь отвлечься от способа начертания схемы, увидеть главные ее особенности, определяющие прохождение токов, передачу напряжений, разделение переменных и постоянных составляющих.
Р-108
Как только от упрощенных схем мы начнем переходить к реальным, практическим, то сразу же обнаружим, что участок, заземленный (соединенный с общим проводом; Т-156) для переменного тока, не всегда можно заземлить по постоянному. А бывает и наоборот: участок, который нужно заземлить по постоянному току, нельзя соединить с общим проводом для переменного тока. В схеме появляются цепи раздельного заземления различных ее участков. Это, по сути, фильтры, которые по одному пути пропускают постоянную составляющую коллекторного или базового тока, а по другому пути проводят их переменные составляющие. Очень часто именно эти фильтры вместе с фильтрами питания и фильтрами, которые подают усиливаемый сигнал ко входу и отводят усиленный сигнал с выхода, создают ощущение сложности и запутанности схемы, хотя никакой сложности нет. Нужно лишь спокойно проследить за прохождением токов и появлением напряжений на тех или иных участках схемы, и она предстанет простой и понятной.