Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
выпуск промышленностью компонентов с проволочными выводами, которые более
всего пригодны для экспериментов; излюбленный транзистор ВС107 (аналог
КТ3102 - Прим. перев.), по-прежнему остается самым распространенным. Там,
где применялись компоненты, вышедшие в настоящее время из употребления,
произведено необходимое обновление.
В ряде случаев развитие техники изменило относительную важность отдельных
вопросов и тем. Например, импульсные источники питания заслуживают теперь
более подробного рассмотрения, и то же самое относится ко всей теме
аналого-цифрового преобразования. Некоторые другие вопросы, переставшие
играть сколько-нибудь существенную роль, спокойно могут быть опущены. На
передний план выведены вездесущие персональные компьютеры, в частности,
при обсуждении типичных примеров практического их сопряжения с внешними
устройствами, а также в примерах программирования, ориентированных на
популярные в сфере образования компьютеры Acorn.
Спасибо моим коллегам по Kelvin Hughes за их советы и помощь, Мау-рин
Браун за выполненный ею набор текста и моей жене Сильвии за постоянную
помощь в качестве секретаря и моральную поддержку. Я также признателен
моим сыновьям Крису и Тиму за полезные предложения по обновлению
материала.
Мартин Хартли Джонс Июль, 1994
1
Усиление и транзисторы
1.1 Усиление
Одну из наиболее важных операций в электронике можно выразить одним
словом: усиление. Усиление является процессом, при котором мощность
сигнала увеличивается. Простым механическим примером усиления является
система управления автомобилем: благодаря гидравлике малые усилия,
прикладываемые водителем к рулевому колесу, преобразуются в значительно
большие усилия, прикладываемые к передним колесам автомобиля. Здесь
присутствует основной признак усиления: малый входной сигнал используется
для управления более мощным выходным сигналом. Дополнительная мощность
берется от некоторого внешнего источника энергии. В нашем примере таким
источником является двигатель автомобиля.
Контакты, закрепленные в изоляционном материале
Рис. 1.1. Электромагнитное реле - пример электрического усилителя.
6 Усиление и транзисторы
Первым примером усиления электрических сигналов является использование
Сэмюэлом Морзе электромагнитного реле, изобретенного Джозефом Генри в
1835 году, для усиления слабых телеграфных сигналов. Именно реле сделало
возможным открытие первой междугородной телеграфной линии от Балтимора до
Вашингтона в 1844 году. Как видно из рис. 1.1, слабый входной сигнал
используется для управления электромагнитом, который притягивает якорь и
замыкает электрические контакты; эти контакты включают мощный выходной
сигнал, который передается на следующий участок линии. Точки и тире
мощного выходного сигнала, таким образом, точно повторяют слабый входной
сигнал. Реле до сих пор широко используются в силовых (мощных)
переключающих системах, но, как правило, вытесняются электронными
устройствами.
Электронные усиливающие устройства обычно называются активными
компонентами в отличие от неусиливающих элементов цепи, таких как
резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, которые объединяются
общим названием пассивные компоненты.
Самым распространенным примером усиления с применением электроники
является обычный радиоприемник, где сигнал, принимаемый антенной, очень
слаб (обычно менее одного микроватта), но к громкоговорителю подводится
мощность в несколько ватт. Дополнительная мощность берется от батареи или
выпрямителя переменного напряжения.
1.2 Транзистор как усиливающее устройство
Биполярный плоскостной транзистор, больше известный как просто
транзистор, является наиболее распространенным активным устройством в
электронике. До обсуждения того, как работает транзистор, полезно
посмотреть, что он может делать. Для этой цели мы будем считать
транзистор "черным ящиком", условное обозначение которого показано на
рис. 1.2.
Рис. 1.2. Условное обозначение биполярного транзистора п-р-п типа.
Транзистор является усиливающим устройством, управляемым током: если
небольшой ток втекает в базу, то это приводит к появлению гораздо
большего тока коллектора. Название транзистор происходит от слов transfer
Транзистор как усиливающее устройство
7
(перенос) и resistor (сопротивление): малый базовый ток преобразуется в
значительно больший коллекторный ток.
Несколько простых примеров продемонстрируют большое усиление тока в
транзисторе. Очевидно, что в простой цепи, приведенной на рис. 1.3(a),
лампа будет светить, когда два свободных провода (пронумерованные 1 и 2)
соединены вместе. С другой стороны очевидно, что если вы попытаетесь
замкнуть цепь через свое тело, держа по одному проводу в каждой руке, то
протекающий ток будет недостаточным, чтобы лампа светилась. Реально
сопротивление тела ограничивает ток величиной менее 1 мА, в то время как
для полного свечения лампы необходимо 40 мА.
Рис. 1.3. Экспериментальная цепь с лампой, иллюстрирующая усиление тока
