Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич (читаем книги онлайн .txt) 📗
Авторы этих статей, по-видимому, не подозревали, что похитили имя «транзистор» у одного из самых замечательных изобретений нашего времени.
Конечно, спору нет — для маленьких приемников удобно иметь какое-нибудь специальное название, удобно пользоваться одним коротким словом вместо длинных и скучных «приемник на транзисторах» или «миниатюрный переносный приемник». Но вряд ли стоит создавать это удобство за счет введения словесной путаницы. Пользуясь тем, что второе значение слова «транзистор» пока не встречается в словарях и не признано ни радистами, ни языковедами, мы будем считать это значение незаконным. И в дальнейшем, говоря о транзисторах, будем иметь в виду только полупроводниковый усилительный прибор, только полупроводниковый триод.
Несколько сложней обстоит дело с другим словом — схема.
Строго говоря, схема — это рисунок, чертеж. На схеме (точнее, на принципиальной схеме) электронной установки условными обозначениями показано, из каких элементов состоит эта установка, как эти элементы соединены, а часто и в каком режиме они работают. И в то же время схемой радисты называют и сам прибор, его электрические цепи. Так и говорят: «Схема работает неустойчиво…» или: «Попробую наладить схему…»
Эта книга посвящена схемам, в которых работают полупроводниковые триоды. Но здесь будет рассказано не только о схемах-чертежах, а о том, как их составлять, как читать, как по схемам оценивать возможности, достоинства и недостатки того или иного электронного прибора. Речь пойдет о транзисторных схемах в широком смысле слова, и о самих схемах, начерченных на бумаге, и о схемах, собранных, налаженных и работающих. Об этом как раз и хотелось предупредить, «придравшись» к двойственному значению самого слова «схема».
И, наконец, еще об одном слове — о слове «барьер».
Прямое его значение, конечно, ни у кого не вызывает сомнений. Но очень часто мы говорим о барьере в переносном смысле. Например, говорим, что только реактивная авиация сумела преодолеть звуковой барьер, сумела превысить скорость звука. Или говорим, что при операциях по пересадке органов самое сложное — преодолеть барьер несовместимости: преодолеть сопротивление, которое организм оказывает всякой чужой ткани. Подобных примеров много. Вы наверняка слышали о барьерах тепловом, экономическом, технологическом и других.
С преодолением многих препятствий, многих барьеров связана судьба транзисторов. И об одном из них — о психологическом барьере — хочется сказать несколько слов.
Первые сообщения об изобретении транзистора появились летом 1948 года. Уже через два-три года стало ясно, что полупроводниковый триод — это не уникальный лабораторный прибор, что его можно выпускать в промышленных масштабах, и что транзистор наверняка заменит электронную лампу во многих областях электроники.
А нужно сказать, что электронная лампа в те времена находилась в зените своей славы. Мировая электронная промышленность ежегодно выпускала много миллионов самых различных ламп, от миниатюрных «пальчиков» до сверхмощных генераторных гигантов. Ламповые схемы были той основой, на которой строились автоматика, телевидение, локации — словом, вся радиоэлектроника, Радисты обучили лампу десяткам разнообразных профессий, создали для нее тысячи схем, разработали методы их расчета и налаживания. И все это создавалось десятилетиями, создавалось упорным трудом ученых и инженеров.
Но что поделаешь, преимущества транзистора перед лампой были бесспорны, по крайней мере в некоторых областях. В частности, в конструировании экономичной переносной аппаратуры за транзисторной электроникой было будущее. А значит, надо было создавать эту новую электронику, надо было привыкать к ней. Вот здесь-то и встал на пути радиоспециалистов трудный психологический барьер. Отказаться от привычного не так-то просто. Многим специалистам понадобились годы, чтобы убедиться в окончании ламповой монополии и выбраться на транзисторный путь.
Психологический барьер на пути транзисторов сказывался еще и в том, что молодое поколение радистов свое знакомство с транзисторами по инерции начинало с лампы. «Лампа работает так… а теперь посмотрим, чем похож на нее транзистор…»— такой была типичная последовательность при знакомстве с электронными схемами. В наши дни это знакомство сплошь и рядом выглядит совсем по-другому: «Транзистор работает так… А теперь посмотрим, чем на него похожа лампа…»
Наш рассказ — о транзисторах, и мы не будем поэтому вспоминать о лампах. Даже этого слова вы почти не встретите дальше. И совсем не потому, что во многих областях радиоэлектроники транзистор стал главным действующим лицом. (У лампы еще остается и, по-видимому, навсегда останется немало своих областей, куда транзисторам «вход воспрещен»).
Мы начнем этот рассказ о транзисторах с самих транзисторов только потому, что к ним уже все привыкли и на пути транзисторной электроники давно нет никакого психологического барьера.
Вот и закончилось наше короткое лингвистическое путешествие. Начав с разговора о словах «транзистор», «схема», «барьер», мы поговорили и о своих будущих делах. А начав деловой разговор, не будем от него отклоняться. Сейчас нам предстоит выяснить, для чего вообще нужен транзистор, какая роль ему отводится в электронной аппаратуре.
Рис. 1. Тому, кто привык к ламповой электронике, переход к транзисторным схемам зачастую казался трудным делом.
Всякое электронное устройство — это своеобразный мир электрических сигналов. Здесь они зарождаются и умирают, сюда сигналы приходят, чтобы, пробежав по многочисленным электрическим цепям, претерпев множество самых удивительных превращений, обернуться прекрасной мелодией, картинкой на телевизионном экране или включением тормозного двигателя на космическом корабле.
Среди многих интересных преобразований электрического сигнала — с ними нам так или иначе предстоит познакомиться — одним из наиболее важных является усиление. Вот лишь один пример, один случай, когда без усиления обойтись просто невозможно.
Мощность радиосигнала, который, проделав долгий путь, попадает наконец в антенну приемника, довольно редко достигает нескольких миллиардных долей ватта. Обычно же эта мощность еще в миллионы раз меньше. В то же время мощность, которую нужно подвести к динамику (так сокращенно называют динамические громкоговорители), чтобы он создавал достаточно громкий звук, должна составлять несколько ватт или по крайней мере несколько десятых долей ватта.
Отсюда и следует, что во время путешествия с входа радиоприемника к его выходу, электрический сигнал должен увеличить свою мощность в миллиарды раз. А увеличение мощности как раз и называется усилением сигнала.
Похожие результаты мы получим, если сравним мощность, которую дает фотоэлемент, с мощностью, которая нужна, чтобы двинуть стальную руку контролера-автомата в метро. Или если сравним входную и выходную мощность электронного регулятора температуры, прибора для записи биотоков мозга, установки для регистрации землетрясений, электронных блоков радиоуправляемой модели или, наконец, обычного магнитофона.
Рис. 2. Любой электронный прибор — это целый мир электрических сигналов.
Итак, в электронной аппаратуре необходимо усиливать слабые электрические сигналы, увеличивать их мощность. Но как в принципе можно осуществить такое усиление? И что вообще нужно понимать под этим словом? Прежде чем отвечать на эти вопросы по существу, позвольте вспомнить рассказанную уже однажды историю из другой области.
Некоторое время назад известная футбольная команда «Шайба» неожиданно для всей спортивной общественности начала вписывать в турнирную таблицу один ноль за другим. И ее болельщики только о том и говорят — как усилить свою любимую команду, как улучшить ее игру.
