Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Том 2
Подождите немного. Документ загружается.
íèå íàïðÿæåíèÿ âûïðÿìèòåëüíûõ óñòàíîâîê, à òàêæå ðåøèòü ïðè ïîìîùè èîí
-
íûõ ïðèáîðîâ çíà÷èòåëüíî áîëåå ñëîæíóþ è âàæíóþ çàäà÷ó ïðåîáðàçîâàíèÿ ïå
-
ðåìåííîãî òîêà â ïîñòîÿííûé.
19.8. Óïðàâëÿåìûå íåëèíåéíûå ýëåìåíòû.
Òðåõýëåêòðîäíàÿ ýëåêòðîííàÿ ëàìïà
 îòëè÷èå îò èîííûõ ïðèáîðîâ, â òðåõýëåêòðîäíûõ ýëåêòðîííûõ ëàìïàõ ñåòêà
îáëàäàåò ïîëíûì óïðàâëåíèåì (ðèñ. 19.24). Òîê â öåïè ñåòêè â íîðìàëüíûõ ðå
-
æèìàõ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå òîêà â öåïè àíîäà. Ïîýòîìó òîêîì â öåïè ñåòêè áó
-
äåì ïðåíåáðåãàòü. Àíîäíûé òîê i
à
îïðåäåëÿåòñÿ ñîâìåñòíûì äåéñòâèåì àíîäíîãî
u
à
è ñåòî÷íîãî u
ñ
íàïðÿæåíèé: i
à
= F(u
à
, u
ñ
). Õàðàêòåð çàâèñèìîñòè òîêà i
à
îò íà
-
ïðÿæåíèé u
à
è u
c
ïðèâåäåí íà ðèñ. 19.25. Êðèâûå íà ðèñ. 19.25, íîñÿùèå íàçâàíèå
àíîäíî-ñåòî÷íûõ õàðàêòåðèñòèê,âûðàæàþò èçìåíåíèå àíîäíîãî òî
-
êà i
à
ïðè èçìåíåíèè ñåòî÷íîãî íàïðÿæåíèÿ u
ñ
äëÿ ðàçëè÷íûõ ïîñòîÿííûõ çíà÷å
-
íèé àíîäíîãî íàïðÿæåíèÿ: i
à
= F(u
ñ
) ïðè u
à
= const. Èç ðèñ. 19.25 âèäíî, ÷òî çàâè
-
ñèìîñòè i
à
= F(u
ñ
) ÿâëÿþòñÿ íåëèíåéíûìè ïðè áîëüøèõ èçìåíåíèÿõ ñåòî÷íîãî
íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî îíè èìåþò çíà÷èòåëüíûå ïðÿìîëèíåéíûå ó÷àñòêè, çàêàí-
÷èâàþùèåñÿ ñ îäíîé ñòîðîíû ïåðåõîäîì ê òîêó íàñûùåíèÿ i
s
è ñ äðóãîé ñòîðî-
íû — ïåðåõîäîì ê íóëåâîìó çíà÷åíèþ òîêà.
Ïðèðàùåíèå òîêà i
à
îïðåäåëÿåòñÿ ïðèðàùåíèÿìè îáîèõ íàïðÿæåíèè u
à
è u
ñ
è ðàâíî
di
i
u
du
i
u
du
a
a
a
a
a
c
c
=+
¶
¶
¶
¶
.
(*)
Âåëè÷èíà
¶
¶
i
u
di
du
u
a
a
a
a
const
c
=
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
=
= G
âí
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âíóòðåííþþ ïðîâîäè
-
ìîñòü ëàìïû, à îáðàòíàÿ åé âåëè÷èíà R
âí
= 1/G
âí
— âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå
ëàìïû; âåëè÷èíà
¶
¶
i
u
di
du
S
u
a
c
a
c
const
a
=
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
=
=
ÿâëÿåòñÿ êðóòèçíîé õàðàêòåðè
-
ñòèêè ëàìïû. Âåëè÷èíà S îïðåäåëÿåòñÿ ñ ó÷åòîì ìàñøòàáîâ òàíãåíñîì óãëà
íàêëîíà êàñàòåëüíîé ê õàðàêòåðèñòèêå â äàííîé òî÷êå.
Êðîìå ïàðàìåòðîâ R
âí
è S ëàìïû, ââîäÿò åùå äâà çàâèñÿùèõ îò íèõ ïàðàìåò
-
ðà. Ïóñòü ïðèðàùåíèÿ du
a
è du
ñ
ïîäîáðàíû òàê, ÷òî òîê i
à
íå ìåíÿåòñÿ, ò. å. di
a
= 0
è, ñëåäîâàòåëüíî,
Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 343
Ðèñ. 19.24 Ðèñ. 19.25
0
1
=+=+
¶
¶
¶
¶
i
u
du
i
u
du
R
du Sdu
a
a
a
a
c
c
âí
ac
,
îòêóäà
-
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
=- =
=
du
du
u
u
SR
i
a
c
const
a
c
âí
a
¶
¶
.
Âåëè÷èíó
du
du
i
a
c
const
a
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
=
=
m
íàçûâàþò êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ëàì
-
ï û. Âåëè÷èíó, îáðàòíóþ êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ, D = 1/m íàçûâàþò ïðîíè
-
öàåìîñòüþ ëàìïû.
Âåëè÷èíû m è D îïðåäåëÿþòñÿ ôîðìîé è ãåîìåòðè÷åñêèìè ðàçìåðàìè ýëåê
-
òðîäîâ ëàìïû. Ñåòêà ðàñïîëîæåíà áëèæå ê êàòîäó, ÷åì àíîä. Ïîýòîìó m >1è
D < 1. ×åì ãóùå ñåòêà è ÷åì áëèæå îíà ê êàòîäó, òåì áîëüøå âëèÿíèå ñåòî÷íîãî
íàïðÿæåíèÿ íà àíîäíûé òîê ïî ñðàâíåíèþ ñ âëèÿíèåì àíîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è,
ñîîòâåòñòâåííî, òåì áîëüøå m è ìåíüøå D. Íà ýòîì îñíîâûâàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå
ëàìï â êà÷åñòâå óñèëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ.
Ìåæäó ïàðàìåòðàìè ëàìïû, êàê âèäíî èç ïîñëåäíèõ ôîðìóë, ñóùåñòâóåò
ñâÿçü
m= = =
1
1
D
SR SR D
âí âí
ò. å.,.
Ïàðàìåòðû m è D, îïðåäåëÿåìûå ãåîìåòðè÷åñêèìè ðàçìåðàìè, ïðàêòè÷åñêè
íå çàâèñÿò îò ïðîöåññîâ â ëàìïå, òîãäà êàê âåëè÷èíû S è R
âí
çàâèñÿò îò ïðîöåñ-
ñîâ, ò. å. îò çíà÷åíèé è
à
, u
ñ
è i
à
. Íà ïðÿìîëèíåéíûõ ó÷àñòêàõ õàðàêòåðèñòèêè òàê-
æå S = const è R
âí
= const.
19.9. Òðåõýëåêòðîäíàÿ ýëåêòðîííàÿ ëàìïà
êàê ýëåìåíò ýëåêòðè÷åñêîé öåïè
Ïðåäïîëîæèì, ÷òî êîëåáàíèÿ àíîäíîãî òîêà â ýëåêòðîííîé ëàìïå ïðîèñõîäÿò â
ïðåäåëàõ ëèíåéíîãî ó÷àñòêà õàðàêòåðèñòèêè. Åñëè ïðîöåññ ñîâåðøàåòñÿ íà íå
-
ëèíåéíîì ó÷àñòêå õàðàêòåðèñòèêè, òî áóäåì ïðåäïîëàãàòü àìïëèòóäó êîëåáàíèé
äîñòàòî÷íî ìàëîé, ÷òîáû ìîæíî áûëî ëèíåàðèçîâàòü ó÷àñòîê õàðàêòåðèñòèêè â
ïðåäåëàõ, â êîòîðûõ ñîâåðøàþòñÿ êîëåáàíèÿ.  òàêîì ñëó÷àå óðàâíåíèÿ, îïèñû
-
âàþùèå ýòè êîëåáàíèÿ îêîëî íåêîòîðîé òî÷êè õàðàêòåðèñòèêè, îêàçûâàþòñÿ ëè
-
íåéíûìè. Ïóñòü I
à
(p), U
à
(p)èU
ñ
(p) — îïåðàòîðíûå èçîáðàæåíèÿ èçìåíÿþùèõñÿ
âî âðåìåíè îòêëîíåíèé Di
à
= i
à
– i
à0
, Du
à
= u
à
– u
à0
, Du
ñ
= u
ñ
– u
ñ0
àíîäíîãî òîêà i
à
,
àíîäíîãî íàïðÿæåíèÿ u
à
è ñåòî÷íîãî íàïðÿæåíèÿ è
ñ
îò èõ çíà÷åíèé i
à0
, u
à0
, u
ñ0
,ñî
-
îòâåòñòâóþùèõ ýòîé òî÷êå õàðàêòåðèñòèêè. Óðàâíåíèå (*) ïðåäûäóùåãî ïàðà
-
ãðàôà äëÿ íèõ èìååò âèä
Ip GUp SUp
aâía c
() () ()=+
èëè
-= -SU p G U p I p
câíaa
() () ().
344 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé
Îáîçíà÷èâ Á(p) = –SU
ñ
(p)èI(p) = –I
à
(p), çàïèøåì óðàâíåíèå â âèäå
Á= +() () ().pGUpIp
âí a
Âåëè÷èíó Á(p) = –SU
ñ
(p) áóäåì ðàññìàòðèâàòü êàê òîê çàâèñèìîãî èñ
-
òî÷íèêà òîêà,òàêêàêÁ(p) çàâèñèò îò U
ñ
(p). Âåëè÷èíó G
âí
U(p) ïðè ýòîì áó
-
äåì ðàññìàòðèâàòü êàê òîê ÷åðåç âíóòðåííþþ ïðîâîäèìîñòü G
âí
ýòîãî èñòî÷íèêà
òîêà. Âåëè÷èíà I(p) ÿâëÿåòñÿ òîêîì, èäóùèì îò èñòî÷íèêà ê ïðèåìíèêó. Ñîîò
-
âåòñòâåííî, ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ýëåêòðîííîé ëàìïû (ðèñ. 19.26, à) ïîëó÷àåò
âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 19.26, á. Íà ýêâèâàëåíòíîé ñõåìå ïðèíÿòî èçîáðàæàòü
òàêæå âõîäíûå çàæèìû 1–0 â öåïè ñåòêè. Âûõîäíûìè ÿâëÿþòñÿ çàæèìû 2–0
â àíîäíîé öåïè.
Çàìåíÿÿ èñòî÷íèê òîêà ýêâèâàëåíòíûì èñòî÷íèêîì ÝÄÑ, ïîëó÷àåì ÝÄÑ ýòîãî
èñòî÷íèêà ðàâíîé
Ep
p
G
S
G
Up Up()
()
() ()=
Á
=- =-
âí âí
cc
m
è åãî âíóòðåííåå ñîïðî-
òèâëåíèå ðàâíûì R
âí
= 1/G
âí
. Ñîîòâåòñòâåííî, ñõåìà, ýêâèâàëåíòíàÿ ýëåêòðîííîé
ëàìïå, ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà òàêæå â âèäå, èçîáðàæåííîì íà ðèñ. 19.26, â.
Ïðè âåñüìà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ íåîáõîäèìî ó÷è-
òûâàòü åìêîñòè ìåæäó ýëåêòðîäàìè ëàìïû, è, ñî-
îòâåòñòâåííî, ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà äîïîëíÿåòñÿ
êîíäåíñàòîðàìè (ðèñ. 19.27).
Ïóñòü ñîïðîòèâëåíèå ïðèåìíèêà, ïðèêëþ÷åí
-
íîãî ê âûõîäíûì çàæèìàì 2–0, ðàâíî R. Òîãäà, ñî
-
ãëàñíî ñõåìå ðèñ. 19.26, â, èìååì
Ip
Up
RR
Up IpR
UpR
RR
()
()
() ()
()
.=-
+
==-
+
mm
c
a
c
âí âí
è
Òàêèì îáðàçîì, ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ ÷åòûðåõïîëþñíèêà îò çàæèìîâ 1–0
ê çàæèìàì 2–0, ïðåäñòàâëÿþùàÿ ñîáîé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ,
ïðèîáðåòàåò âèä
Up
Up
R
RR
k
a
câí
()
()
.=-
+
=
m
Îáû÷íî m çàìåòíî áîëüøå åäèíèöû, è ïðè çàäàííîì R
âí
âåëè÷èíó R âûáè
-
ðàþò äîñòàòî÷íî áîëüøîé, òàê ÷òîáû èìåëî ìåñòî íåðàâåíñòâî
m>
+RR
R
âí
; ïðè
ýòîì k > 1 è èìååì óñèëåíèå íàïðÿæåíèÿ.
Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 345
Ðèñ. 19.26
Ðèñ. 19.27
19.10. Óïðàâëÿåìûå íåëèíåéíûå ýëåìåíòû.
Ïîëóïðîâîäíèêîâûå òðèîäû
Ñîâåðøåííî íîâûå âîçìîæíîñòè â îáëàñòè ñîçäàíèÿ óñèëèòåëåé ïåðåìåííûõ
òîêîâ, ãåíåðàòîðîâ êîëåáàíèé è ðàçëè÷íûõ àâòîìàòè÷åñêèõ èçìåðèòåëüíûõ è
ñ÷åòíî-ðåøàþùèõ ñèñòåì îòêðûëèñü ñ îñóùåñòâëåíèåì ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
óïðàâëÿåìûõ ýëåìåíòîâ — òàê íàçûâàåìûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ òðèîäîâ èëè
òðàíçèñòîðîâ.
Ðàññìîòðèì ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïëîñêîñòíûõ ãåðìàíèåâûõ òðèîäîâ. Íà
ðèñ. 19.28 ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåí òàêîé òðèîä, â êîòîðîì äâå îáëàñòè ãåðìàíèÿ
òèïà p ðàçäåëåíû òîíêèì ñëîåì ãåðìàíèÿ òèïà ï. Ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîäîâ â âèäå
ìåòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèí, íàçûâàåìûõ ýìèòòåðîì,áàçîé è êîëëåêòîðîì,
ýòè òðè îáëàñòè ìîãóò áûòü ñîåäèíåíû ñ âíåøíåé ýëåêòðè÷åñêîé öåïüþ.  òàêîì
òðèîäå èìåþòñÿ äâà ïåðåõîäà ìåæäó ïîëóïðîâîäíèêàìè ðàçëè÷íîãî òèïà:
ð–n-ïåðåõîä îò ýìèòòåðíîé îáëàñòè ê îáëàñòè áàçû è n–p-ïåðåõîä îò îáëàñòè
áàçû ê îáëàñòè êîëëåêòîðà. Òðèîäû òàêîãî òèïà íàçûâàþò áèïîëÿðíûìè. Åñëè
ýëåêòðîäû íå ïðèñîåäèíåíû ê âíåøíåé öåïè, òî âäîëü òðèîäà â ðàéîíå ýòèõ ïå-
ðåõîäîâ óñòàíàâëèâàåòñÿ ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà, ïîêàçàííîå
âíèçó íà ðèñ. 19.28. Êàê áûëî ðàçúÿñíåíî ïðè ðàññìîòðåíèè ïðèíöèïà äåéñòâèÿ
ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà â § 19.6, òàêîå ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà ÿâëÿåòñÿ
ðåçóëüòàòîì ïîÿâëåíèÿ îêîëî ïîâåðõíîñòåé ðàçäåëà ãåðìàíèÿ ðàçëè÷íîãî òèïà
îáúåìíûõ çàðÿäîâ. Â ãåðìàíèè òèïà p ýòîò îáúåìíûé çàðÿä îáóñëîâëåí îòðèöà-
òåëüíûìè çàðÿäàìè çàêðåïëåííûõ â ðåøåòêå êðèñòàëëà èîíîâ àêöåïòîðíîé ïðè-
ìåñè, à â ãåðìàíèè òèïà ï—ïîëîæèòåëüíûìè çàðÿäàìè çàêðåïëåííûõ â ðåøåòêå
èîíîâ äîíîðíîé ïðèìåñè (íà ðèñ. 19.28 ýòè èîíû ïîêàçàíû áîëüøèìè êðóæêàìè
ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè çíàêàìè â íèõ). Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ñîçäàííîå ýòèìè îáú-
åìíûìè çàðÿäàìè, ïðåïÿòñòâóåò äèôôóçèè äûðîê (ìàëåíüêèå áåëûå êðóæêè) èç
îáëàñòè ð â îáëàñòü n è ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ (ìàëåíüêèå ÷åðíûå êðóæêè) —
â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè.
Ïðèñîåäèíèì ê òðèîäó âíåøíþþ öåïü, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 19.29. Íàïðÿæå
-
íèå U
ý
áàòàðåè, âêëþ÷åííîé ìåæäó áàçîé è ýìèòòåðîì, ñíèæàåò ïîòåíöèàëüíûé
áàðüåð â ð–n-ïåðåõîäå îò ýìèòòåðíîé îáëàñòè ê îáëàñòè áàçû, òàê êàê ýòà áàòàðåÿ
346 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé
Ðèñ. 19.28
âêëþ÷åíà â ïðÿìîì (ñïîñîáñòâóþùåì ïðîõîæäåíèþ ïðÿìîãî òîêà) íàïðàâëå
-
íèè. Íàïðÿæåíèå æå U
ê
áàòàðåè, âêëþ÷åííîé ìåæäó áàçîé è êîëëåêòîðîì, óâå
-
ëè÷èâàåò ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð â ï–p-ïåðåõîäå îò îáëàñòè áàçû ê îáëàñòè êîë
-
ëåêòîðà, òàê êàê ýòà áàòàðåÿ âêëþ÷åíà â îáðàòíîì (çàïèðàþùåì) íàïðàâëåíèè.
Ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà, êîòîðîå
ïðè ýòîì óñòàíàâëèâàåòñÿ â ðàéîíå ïå
-
ðåõîäîâ âäîëü òðèîäà, ïîêàçàíî âíèçó
íà ðèñ. 19.29. Ñíèæåíèå ïîòåíöèàëüíî
-
ãî áàðüåðà ìåæäó ýìèòòåðíîé îáëàñòüþ
è îáëàñòüþ áàçû âûçûâàåò äâèæåíèå
äûðîê èç îáëàñòè ýìèòòåðà â îáëàñòü
áàçû (â îáëàñòü ï). Ââèäó âåñüìà ìàëîé
òîëùèíû ñëîÿ ï ãåðìàíèÿ (ïîðÿäêà ñî
-
òûõ ìèëëèìåòðà) ïî÷òè âñå äûðêè, ïðî
-
øåäøèå â ýòîò ñëîé èç îáëàñòè ýìèò
-
òåðà, ïðîäðåéôóþò ÷åðåç âñþ òîëùèíó
ñëîÿ äî ñëåäóþùåãî n–p-ïåðåõîäà è
ñâîáîäíî ïðîéäóò ÷åðåç ýòîò ïåðåõîä
â îáëàñòü êîëëåêòîðà, òàê êàê ýëåêòðè-
÷åñêîå ïîëå â ýòîì ïåðåõîäå íå ïðåïÿò-
ñòâóåò, à, íàîáîðîò, ñïîñîáñòâóåò äâèæåíèþ äûðîê ñëåâà íàïðàâî. Ýòîìó äâè-
æåíèþ äûðîê ñïîñîáñòâóåò è íàïðÿæåíèå áàòàðåè, âêëþ÷åííîé ìåæäó áàçîé
è êîëëåêòîðîì.
Âñå æå áóäåò ïðîèñõîäèòü ðåêîìáèíàöèÿ â ñëîå n íåêîòîðîãî ÷èñëà äûðîê ñî
ñâîáîäíûìè ýëåêòðîíàìè ýòîãî ñëîÿ, ÷òî ïðèâåäåò ê íåáîëüøîìó ñíèæåíèþ
òîêà â êîëëåêòîðå ïî ñðàâíåíèþ ñ òîêîì â ýìèòòåðå âñëåäñòâèå îòâåòâëåíèÿ íå-
áîëüøîé ÷àñòè òîêà ýìèòòåðà â áàçó. Êðîìå òîãî, äîëæåí ïðîòåêàòü ýëåêòðîííûé
òîê èç îáëàñòè áàçû â îáëàñòü ýìèòòåðà, íî ïðè ïðàâèëüíîì êîíñòðóèðîâàíèè
òðèîäà ýòîò òîê çíà÷èòåëüíî ìåíüøå òîêà, îáóñëîâëåííîãî äâèæåíèåì äûðîê.
Ýòîò ýëåêòðîííûé òîê ñîçäàåò äîïîëíèòåëüíóþ ñîñòàâëÿþùóþ òîêà ÷åðåç áàçó
è, ñîîòâåòñòâåííî, íåñêîëüêî óâåëè÷èâàåò òîê â ýìèòòåðå.
Ñóùåñòâåííîå çíà÷åíèå èìååò õàðàêòåð çàâèñèìîñòè òîêà â êîëëåêòîðå îò
íàïðÿæåíèÿ â öåïè êîëëåêòîðà ïðè çàäàííîì òîêå ýìèòòåðà. Ïðè óâåëè÷åíèè
íàïðÿæåíèÿ ñíà÷àëà òîê â êîëëåêòîðå áûñòðî âîçðàñòàåò (ðèñ. 19.30), à çàòåì íà
-
ñòóïàåò êàê áû èñòîùåíèå íîñèòåëåé òîêà â îáëàñòè êîëëåêòîðà, òàê êàê ïîñòóï
-
ëåíèå èõ èç ýìèòòåðà ÷åðåç ð–ï- è n–p-ïåðåõîäû îãðàíè÷åíî òîêîì ýìèòòåðà, çà
-
âèñÿùèì îò çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà ìåæäó ýìèòòåðîì è
áàçîé (ñì. ðèñ. 19.29). Ñîîòâåòñòâåííî, íåñìîòðÿ íà çíà÷èòåëüíîå
âîçðàñòàíèå íàïðÿæåíèÿ â öåïè êîëëåêòîðà, òîê â êîëëåêòîðå óâå
-
ëè÷èâàåòñÿ î÷åíü ìåäëåííî, è, ñëåäîâàòåëüíî, ñîïðîòèâëåíèå
îáëàñòè êîëëåêòîðà ðåçêî âîçðàñòàåò, äîñòèãàÿ âåñüìà áîëüøîãî
çíà÷åíèÿ. Îáû÷íî íàïðÿæåíèå U
ê
áàòàðåè â öåïè êîëëåêòîðà ïðè
-
íèìàåòñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ âîëüò,
è, ñîîòâåòñòâåííî, ñîïðîòèâëåíèå îáëàñòè êîëëåêòîðà äîñòèãàåò
ñîòåí òûñÿ÷ è äàæå íåñêîëüêèõ ìèëëèîíîâ îì. Òàêîé æå ïîðÿäîê
Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 347
Ðèñ. 19.29
Ðèñ. 19.30
èìååò è ñîïðîòèâëåíèå R
ïð
ïðèåìíèêà âî âíåøíåé öåïè êîëëåêòîðà. Òàê êàê çíà
-
÷åíèå ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà ìåæäó ýìèòòåðîì è áàçîé èìååò ïîðÿäîê îäíîãî
âîëüòà è ñîïðîòèâëåíèå îáëàñòè ýìèòòåðà ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïðîòèâëåíèåì îá
-
ëàñòè êîëëåêòîðà íåçíà÷èòåëüíî, òî â öåïè ýìèòòåðà òðåáóåòñÿ íåçíà÷èòåëüíîå
íàïðÿæåíèå U
ý
áàòàðåè.
Ïðåäïîëîæèì òåïåðü, ÷òî â öåïè ýìèòòåðà äåéñòâóåò èñòî÷íèê ïåðåìåííîãî
íàïðÿæåíèÿ u
1
ñ ìàëîé àìïëèòóäîé è ñ âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì r
2
, ìàëûì
ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïðîòèâëåíèåì îáëàñòè êîëëåêòîðà (ñì. ðèñ. 19.29). Ýòî íàïðÿ
-
æåíèå èçìåíÿåò çíà÷åíèå ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà ìåæäó îáëàñòüþ ýìèòòåðà è
îáëàñòüþ áàçû è ñèëüíî âëèÿåò íà çíà÷åíèå òîêà, ïðîõîäÿùåãî èç ýìèòòåðà ÷åðåç
îáëàñòü áàçû â öåïü êîëëåêòîðà. Òàê êàê òîê â öåïè êîëëåêòîðà ëèøü íåìíîãî
ìåíüøå òîêà â öåïè ýìèòòåðà, à ñîïðîòèâëåíèå â öåïè êîëëåêòîðà âåñüìà âåëèêî,
òî íà çàæèìàõ ïðèåìíèêà âîçíèêàåò ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå è
2
, çíà÷èòåëüíî
ïðåâûøàþùåå íàïðÿæåíèå è
1
. Òàêèì îáðàçîì, òðèîä ðàáîòàåò êàê óñèëèòåëü íà
-
ïðÿæåíèÿ. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ a
u
= u
2
/u
1
ïîëó÷àåòñÿ ïîðÿäêà
äåñÿòêîâ. Êîýôôèöèåíò æå óñèëåíèÿ òîêà, ñîãëàñíî âûøåèçëîæåííîìó, ïîëó÷à-
åòñÿ íåñêîëüêî ìåíüøå åäèíèöû, ò. å. a
i
= i
2
/i
1
< 1, ïðè÷åì è i
2
,èi
1
— ïåðåìåííûå
ñîñòàâëÿþùèå òîêîâ â öåïÿõ êîëëåêòîðà è ýìèòòåðà. Ñîîòâåòñòâåííî êîýôôèöè-
åíò óñèëåíèÿ ìîùíîñòè a
p
=a
u
a
i
íåñêîëüêî ìåíüøå a
u
.
Áîëüøåå óñèëåíèå ìîùíîñòè ìîæíî ïîëó÷èòü, åñëè âêëþ÷èòü èñòî÷íèê ïåð-
âè÷íîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ
¢
u
1
â öåïü áàçû, êàê ýòî ïîêàçàíî øòðèõîâûìè
ëèíèÿìè íà ðèñ. 19.29. Î÷åâèäíî, ÷òî èñòî÷íèê áóäåò òàê æå ýôôåêòèâíî èç-
ìåíÿòü çíà÷åíèå ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà ìåæäó îáëàñòüþ ýìèòòåðà è îáëàñòüþ
áàçû è ñèëüíî âëèÿòü íà çíà÷åíèå òîêà â öåïè êîëëåêòîðà, òàê ÷òî êîýôôèöèåíò
óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ a
u
ïîëó÷àåòñÿ òàêæå áîëüøèì. Íî òàê êàê òîê â öåïè áàçû
âåñüìà ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ òîêîì â öåïè êîëëåêòîðà, òî çíà÷èòåëüíûì ïîëó÷àåò-
ñÿ òàêæå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ òîêà a
i
, à ñîîòâåòñòâåííî, è êîýôôèöèåíò óñè
-
ëåíèÿ ìîùíîñòè a
p
=a
u
a
i
îêàçûâàåòñÿ ïðè ýòîì áîëüøå, ÷åì â ñëó÷àå âêëþ÷åíèÿ
ïåðâè÷íîãî èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ è
1
â öåïü ýìèòòåðà.
Íàðÿäó ñ ðàññìîòðåííûìè áèïîëÿðíûìè òðèîäàìè ðàñïðîñòðàíåíèå íàøëè
ïîëåâûå, èëè óíèïîëÿðíûå òðèîäû, â êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ íå äâà ïåðåõîäà ìå
-
æäó ïîëóïðîâîäíèêàìè ðàçëè÷íîãî òèïà (ñì. ðèñ. 19.28), à îäèí ( p–n ëèáî n–p)
ïåðåõîä.
Ðàññìîòðèì ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïîëåâîãî òðèîäà ñ p–n-ïåðåõîäîì. Íà ðèñ. 19.31
ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåí òàêîé òðèîä, â êîòîðîì p–n-ïåðåõîä îñóùåñòâëåí
íà ÷àñòè íèæíåé ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà
òèïà n ïóòåì íàíåñåíèÿ òîíêîãî ñëîÿ ïîëóïðî
-
âîäíèêà òèïà p.
Ïðèñîåäèíåíèå òðèîäà ê âíåøíåé öåïè îñó
-
ùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ìåòàëëè÷åñêèå ýëåêòðîäû, íà
-
çûâàåìûå èñòîêîì (è), çàòâîðîì (ç) è ñòîêîì (ñ).
×åðåç ïîëóïðîâîäíèê òèïà n ïðîòåêàåò òîê îò ñòîêà ê èñòîêó, è ýòà ÷àñòü
óñòðîéñòâà íàçûâàåòñÿ êàíàëîì.
Êàê ñëåäóåò èç èçëîæåííîãî â § 19.6, ïðè îòñóòñòâèè âíåøíèõ èñòî÷íèêîâ
â çîíå p–n ïåðåõîäà ñîçäàåòñÿ èçáûòî÷íûé çàðÿä, ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå êîòîðîãî
348 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé
Ðèñ. 19.31
ÿâëÿåòñÿ ïîïåðå÷íûì ê êàíàëó è íàïðàâëåíî ñâåðõó âíèç. Îáëàñòü ðàñïîëîæå
-
íèÿ îáúåìíîãî çàðÿäà îãðàíè÷åíà íà ðèñ. 19.31 ïóíêòèðíîé ëèíèé.
Ïîëåâîé òðèîä ñ ïðèñîåäèíåííîé ê íåìó âíåøíåé ýëåêòðè÷åñêîé öåïüþ èçî
-
áðàæåí íà ðèñ. 19.32. Ïîëÿðíîñòü áàòàðåè U
ç
òàêîâà, ÷òî îíà ïðåïÿòñòâóåò ïðî
-
òåêàíèþ òîêà çàòâîðà, òàê ÷òî òîê i
ç
çàòâîðà îêàçûâàåòñÿ âåñüìà ìàëûì, è èì
ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Íàïðÿæåíèå U
ç
óâåëè÷èâàåò ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð â p–n-ïå
-
ðåõîäå, è îáëàñòü îáúåìíîãî çàðÿäà â êàíàëå òàêæå óâåëè÷èâàåòñÿ (ñì. ðèñ. 19.31).
Òîê ñòîêà, ïðîòåêàþùåãî ïî êàíàëó, è
íàïðÿæåíèå u
2
ïðèåìíèêà r
ïð
çàâèñÿò îò
ðàçìåðà îáëàñòè îáúåìíîãî çàðÿäà, èçìå
-
íÿþùåé ïðîâîäèìîñòü êàíàëà. Ïðè èç
-
ìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ ìåæäó çàòâîðîì è
èñòîêîì, íàïðèìåð, ïðè âêëþ÷åíèè èñ
-
òî÷íèêà ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ u
1
,èç
-
ìåíÿþòñÿ ðàçìåð îáëàñòè îáúåìíîãî
çàðÿäà è ïðîâîäèìîñòü êàíàëà ìåæäó ñòîêîì è èñòîêîì. Òàê êàê ðàçìåðû îáëàñ-
òè îáúåìíîãî çàðÿäà è êàíàëà â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè ñîèçìåðèìû, òî îòíî-
ñèòåëüíî íåáîëüøîå èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ìåæäó çàòâîðîì è èñòîêîì âåäåò
ê çíà÷èòåëüíîìó èçìåíåíèþ ïðîâîäèìîñòè êàíàëà è íàïðÿæåíèÿ u
2
ïðèåìíèêà,
è ïîýòîìó a
u
>> 1 .
Òàêèì îáðàçîì, óñèëåíèå ïîëåâîãî òðèîäà îáóñëîâëåíî âîçäåéñòâèåì ïîïå-
ðå÷íîãî â îáëàñòè êàíàëà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà åãî ïðîâîäèìîñòü â ïðîäîëü-
íîì íàïðàâëåíèè.
Çàâèñèìîñòü òîêà i
c
ñòîêà îò íàïðÿæåíèÿ u
ñè
ìåæäó ñòîêîì è èñòîêîì ïðè íå-
èçìåííîì íàïðÿæåíèè u
çè
ìåæäó çàòâîðîì è èñòîêîì èìååò âèä, àíàëîãè÷íûé
çàâèñèìîñòè i
ê
.
Íàðÿäó ñ ðàññìîòðåííûìè ïîëåâûìè òðèîäàìè ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè
òàêæå ïîëåâûå òðèîäû ñ èçîëÿöèîííûì ñëîåì ìåæäó ýëåêòðîäîì çàòâîðà è
ïîëóïðîâîäíèêîì êàíàëà (ìåòàëë—äèýëåêòðèê—ïîëóïðîâîäíèê), íàçûâàåìûå
ÌÄÏ-òðèîäàìè. Ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó çàòâîðîì è êàíàëîì â òàêèõ òðèîäàõ âîç
-
ðàñòàåò äî 10
8
...10
9
Îì ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå äèýëåêòðèêà îêèñëà êðåì
-
íèÿ SiO
2
, òàê ÷òî òîê çàòâîðà ìîæíî ïðèíÿòü ðàâíûì íóëþ âî âñåõ ðåæèìàõ èõ
ðàáîòû.
Ïîëåâûå òðèîäû ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü çíà÷èòåëüíûå êîýôôèöèåíòû óñèëå
-
íèÿ ìîùíîñòè âñëåäñòâèå èìåííî ìàëîãî òîêà çàòâîðà. Äðóãàÿ îñîáåííîñòü ïî
-
ëåâûõ òðèîäîâ, òàêæå ñâÿçàííàÿ ñ ìàëûì òîêîì çàòâîðà è âîçìîæíîñòüþ óïðàâ
-
ëåíèÿ òîêîì ñòîêà ñ ïîìîùüþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ çàòâîðà, çàêëþ÷àåòñÿ â òîì,
÷òî âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå òðèîäà îêàçûâàåòñÿ âåñüìà áîëüøèì è èñòî÷íèê íà
-
ïðÿæåíèÿ u
1
íà âõîäå òðèîäà ðàáîòàåò â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà.
19.11. Ïîëóïðîâîäíèêîâûé òðèîä
êàê ýëåìåíò ýëåêòðè÷åñêîé öåïè
Íà ðèñ. 19.33, à ïðèâåäåíî óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ïîëóïðîâîäíèêîâîãî òðèîäà
ñ p–ï–p-ïåðåõîäàìè. Çäåñü ý — ýìèòòåð, á — áàçà, ê — êîëëåêòîð.  ñëó÷àå
n–ð–n-ïåðåõîäîâ ñòðåëêà ó ýìèòòåðà íàïðàâëÿåòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâ
-
Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 349
Ðèñ. 19.32
ëåíèè. Íà ðèñ. 19.34 èçîáðàæåíû òðè âîçìîæíûå ñõåìû âêëþ÷åíèÿ òðèîäà: a —
ñ îáùåé äëÿ âõîäíûõ è âûõîäíûõ çàæèìîâ áàçîé, á — ñ îáùèì ýìèòòåðîì è â —
ñ îáùèì êîëëåêòîðîì. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ îäèí èç âõîäíûõ çàæèìîâ ñîåäèíåí ñ áà
-
çîé, è âî âñåõ ñëó÷àÿõ îäèí èç âûõîäíûõ çàæèìîâ ñîåäèíåí ñ êîëëåêòîðîì.
Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â ïîëóïðîâîäíèêîâîì
òðèîäå, ìîæåò áûòü ïðîèçâåäåíî îòíîñèòåëüíî ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí.
Òàêèìè âåëè÷èíàìè ìîãóò áûòü çàðÿäû, òîêè è íàïðÿæåíèÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ
ìàòåìàòè÷åñêèì îïèñàíèåì áóäóò ðàçëè÷íû è ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè òðèîäà, è
ýêâèâàëåíòíûå ñõåìû.
 ïîëóïðîâîäíèêîâîì òðèîäå p–ï- è n–p-ïåðåõîäû àíàëîãè÷íû äâóì äèîäàì,
ñîåäèíåííûì, êàê ýòî ïîêàçàíî íà ðèñ. 19.33, á. Íà ýòîì ðèñóíêå ïàðàëëåëüíî
ê äâóì ýêâèâàëåíòíûì ñõåìàì äèîäîâ, ïðåäñòàâëÿþùèì ïðîöåññû òîëüêî â ïå
-
ðåõîäàõ ýìèòòåð—áàçà è êîëëåêòîð—áàçà, ïðèñîåäèíåíû òàêæå è äâà èñòî÷íè
-
êà òîêà, îäèí èç êîòîðûõ ó÷èòûâàåò ïðîöåññ ïðîíèêíîâåíèÿ ÷àñòè íîñèòåëåé èç
ýìèòòåðíîé çîíû ñêâîçü áàçó â êîëëåêòîðíóþ (a
N
i
ýá
), äðóãîé — àíàëîãè÷íîå ïðî
-
íèêíîâåíèå ÷àñòè êîëëåêòîðíîãî îáðàòíîãî òîêà â ýìèòòåðíóþ çîíó (a
I
i
êá
). Âå
-
ëè÷èíó a
N
íàçûâàþò êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ïî òîêó â ïðÿìîé àêòèâíîé îá
-
ëàñòè (ýìèòòåðíûé ïåðåõîä ñìåùåí â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè, à êîëëåêòîðíûé —
350 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé
Ðèñ. 19.33
Ðèñ. 19.34
â îáðàòíîì). Âåëè÷èíó a
I
íàçûâàþò êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ïî òîêó äëÿ ñõå
-
ìû ñ îáùåé áàçîé â èíâåðñíîé àêòèâíîé îáëàñòè (ýìèòòåðíûé ïåðåõîä ñìåùåí
â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, à êîëëåêòîðíûé — â ïðÿìîì). Ïðè àíàëèçå ïðîöåññîâ
â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ äèîäàõ áûëî îòìå÷åíî, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà â ïîëó
-
ïðîâîäíèêîâîì ìàòåðèàëå çàâèñèò îò âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâåííîé êîîðäèíàòû.
 ñâÿçè ñ ýòèì êîýôôèöèåíòû a
N
è a
I
îêàçûâàþòñÿ ñëîæíûìè ôóíêöèÿìè êîì
-
ïëåêñíîé ÷àñòîòû, ò. å. çàâèñÿùèìè îò âðåìåíè ôóíêöèÿìè. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî
ÿâëÿåòñÿ áîëüøèì íåäîñòàòêîì ðàññìàòðèâàåìîé ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû, èçâåñò
-
íîé ïîä íàçâàíèåì ñõåìû Ýáåðñà—Ìîëëà. Â öåëîì, ïðèâåäåííàÿ íà ðèñ. 19.33, á
ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà, ïðèáëèæåííî ïðåäñòàâëÿþùàÿ ïðîöåññû â òðèîäå ïî ÷àñ
-
òîòå, ìîæåò îïèñàòü ïðîöåññû â øèðîêîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ òîêîâ è íàïðÿ
-
æåíèé è ïîýòîìó ïðèãîäíà äëÿ ðàñ÷åòà öåïåé ïðè ëþáûõ (áîëüøèõ è ìàëûõ) èç
-
ìåíåíèÿõ òîêîâ è íàïðÿæåíèé.
Âî ìíîãèõ óñòðîéñòâàõ ïîëóïðîâîäíèêîâûé òðèîä èñïîëüçóåòñÿ â ðåæèìå
«ìàëîãî ñèãíàëà», êîãäà ïðè áîëüøèõ ïîñòîÿííûõ òîêàõ è íàïðÿæåíèÿõ ïðîèñ
-
õîäÿò îòíîñèòåëüíî ìàëûå èçìåíåíèÿ íåêîòîðûõ âõîäíûõ è âûõîäíûõ âåëè÷èí.
Äëÿ àíàëèçà òàêèõ ïðîöåññîâ öåëåñîîáðàçíî ñîñòàâëÿòü ýêâèâàëåíòíûå ñõåìû,
ïðèãîäíûå äëÿ àíàëèçà ðåæèìà «ìàëîãî ñèãíàëà».
Äëÿ òîêîâ è íàïðÿæåíèé ñõåìû (ðèñ. 19.33, á) èìååì
iiC
du
dt
iiiC
du
dt
i
INýýá ýá
ý
êá ê êá êá
ê
ýá
=+ - =+ -aa;,
ãäå
iIe iIe ÑÑe
s
qu
kT
s
qu
kT
q
ýá ýá êá êá ýá ý
ýê
=-=-=(); ();
000
11
0
u
kT
qu
kT
ÑÑe
ýê
êá ê
;.=
0
0
Ïóñòü i
ý
= i
ý0
+ Di
ý
, i
ê
= i
ê0
+ Di
ê
; u
ý
= u
ý0
+ Du
ý
; u
ê
= u
ê0
+ Du
ê
. Ðàçëîæèì âñå ôóíê-
öèè â ðÿä ïî ìàëîìó ïàðàìåòðó Du è îãðàíè÷èìñÿ â ýòîì ðÿäå òîëüêî ÷ëåíàìè
ïåðâîãî ïîðÿäêà ìàëîñòè. Òîãäà
ii i I
q
kT
euCe
s
qu
kT
qu
kT
ýý0 ý ýá ý ýá
ý0 ý0
-= =
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
+DD
0
00
du
dt
I
q
kT
eu
Is
qu
kT
D
D
ý
êá ê
ê0
-a
0
0
;
ii i I
q
kT
euCe
s
qu
kT
qu
kT
êê0 ê êá ê êá
ê0 ê0
-= =
æ
è
ç
ç
ö
ø
÷
÷
+DD
0
00
du
dt
I
q
kT
eu
Ns
qu
kT
D
D
ê
ýá ý
ê0
-a
0
0
èëè
DD
D
DiguC
du
dt
i
Iýýýý
0
ý
êá
=+ -a;
DD
D
DiguC
du
dt
i
Nêêêê
0
ê
ýá
=+ -a.
Ñëåäîâàòåëüíî, ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà äëÿ ìàëîñèãíàëüíîãî ðåæèìà áóäåò
èìåòü âèä, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 19.33, â. Â ýòîé ñõåìå ïàðàìåòðû âñåõ ýëåìåí
-
òîâ ëèíåéíû îòíîñèòåëüíî ìàëûõ ñèãíàëîâ, îäíàêî çàâèñÿò íåëèíåéíî îò u
ý
è u
ê
.
 ýêâèâàëåíòíûõ ñõåìàõ äèîäà è òðèîäà íå ó÷òåíû ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ,
êîòîðûå èìåþò ìåñòî ïðè ïðîòåêàíèè òîêîâ â ñàìîì ïîëóïðîâîäíèêå: â çîíå
Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 351
ýìèòòåðà, â çîíå áàçû è â çîíå êîëëåêòîðà. Ñîïðîòèâëåíèÿ, ó÷èòûâàþùèå ýòè
ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ, äîëæíû áûòü âêëþ÷åíû ïîñëåäîâàòåëüíî ê êàæäîìó èç çà
-
æèìîâ. Ñ ó÷åòîì ýòèõ ñîïðîòèâëåíèé, íàïðèìåð, ìàëîñèãíàëüíàÿ ýêâèâàëåíò
-
íàÿ ñõåìà áóäåò èìåòü âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 19.33, ã.
Ðàññìîòðèì ðàñ÷åò ìàëîñèãíàëüíîãî ðåæèìà ïðè íèçêèõ ÷àñòîòàõ (òîêàìè
â êîíäåíñàòîðàõ ïðåíåáðåãàåì), êîãäà ýìèòòåðíûé ïåðåõîä ñìåùåí â ïðÿìîì íà
-
ïðàâëåíèè (ïåðåõîä îòêðûò), à êîëëåêòîðíûé — â îáðàò
-
íîì (ïåðåõîä çàêðûò). Òîãäà Di
ê
ìàëî, è ïîýòîìó ìîæíî
ïðåíåáðå÷ü òîêîì a
I
Di
êá
ñðàâíåíèþ ñ òîêîì Di
ý
. Ïðîâîäè
-
ìîñòü g
ê
áóäåò âåñüìà ìàëà, ò. å. áóäåò âåëèêî ñîïðîòèâ
-
ëåíèå r
ê
. Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ìîæåò áûòü óïðîùåíà è
ïðåäñòàâëåíà â âèäå, ïîêàçàííîì íà ðèñ. 19.35.
Ðàíåå (ñì. § 19.10) áûëî óêàçàíî, ÷òî âûñîêèé êîýô
-
ôèöèåíò óñèëåíèÿ ìîùíîñòè ïîëó÷àåòñÿ äëÿ ñõåìû íà
ðèñ. 19.34, á, òàê êàê ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò çíà÷èòåëüíîå
óñèëåíèå êàê òîêà, òàê è íàïðÿæåíèÿ. Ïîýòîìó ðàññìîòðèì ðàñ÷åò èìåííî ýòîé
ñõåìû, îáîçíà÷àÿ âñå òîêè è íàïðÿæåíèÿ ìàëûìè áóêâàìè è èìåÿ â âèäó, ÷òî âñå
ýòè âåëè÷èíû ÿâëÿþòñÿ ìàëûìè ñèãíàëàìè.
Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî òîêó k
i
= i
ïð
/i
á
, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿ-
æåíèþ k
u
= u
ïð
/u
1
è, ñîîòâåòñòâåííî, k
p
= p
ïð
/p
1
= k
u
k
i
.
Ïðèìåíèì ìåòîä êîíòóðíûõ òîêîâ; äëÿ ýòîãî èñòî÷íèê òîêà ïðåîáðàçóåì
â èñòî÷íèê ÝÄÑ (ðèñ. 19.36). Èìååì
uriri u ririe
1 11 1 12 2 2 21 1 22 2
=+ -=+ -;,
ãäå å = r
m
i
ý
= r
m
(i
2
– i
1
). Òîãäà
u r ri ri u r ri r r ri
mm1122 1 2
=+ - -=-+ ++-() ; ( )( )
áý ý ý ýê
èëè
uriri u riri
1 11 1 12 2 2 21 1 22 2
=
¢
+
¢
-=
¢
+
¢
;.
Ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî åñëè çàâèñèìûé èñòî÷íèê e ïðåäñòàâèòü â âèäå ïàäåíèÿ
íàïðÿæåíèÿ, íàðóøèòñÿ óñëîâèå
¢
=
¢
rr
12 21
, èáî
¢
=-rr
12 ý
,a
¢
=- +rrr
m21 ý
. ×èñëåííûé
àíàëèç ðåçóëüòàòîâ ïðîèçâåäåì ïðè ñëåäóþùèõ çíà
-
÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ ýêâèâàëåíòíûõ ñõåì: r
á
= 500 Îì,
r
ý
= 25 Îì, r
ê
= 2,04×10
6
Îì, r
m
=ar
ê
= 2×10
6
Îì, a=0,98.
Ïóñòü r
ïð
= 2000 Îì. Òîãäà, ó÷èòûâàÿ, ÷òî r
ê
– r
m
=
= (1 – a)r
ê
= 0,04×10
6
>> r
ý
è r
m
>> r
ý
, ìîæåì ïðèáëèçè
-
òåëüíî ñ÷èòàòü
k
i
i
r
rr
i
=»-
--
=-
×
×-
=-
2
1
6
6
1
210
0 04 10 2000
52 6
a
a
ê
êïð
()
,
,;
k
u
u
k
up
== =× »
ïð
è
1
57 18 52 6 57 18 3010,,,.
352 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé
Ðèñ. 19.35
Ðèñ. 19.36