Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 25

Введем в нашу цепь любой полупроводниковый диод. Будут ли теперь слышны щелчки при размыкании и замыкании цепи? Это зависит от того, как включен диод. Если он включен в прямом направлении и пропускает ток, то пощелкивание будет продолжаться. А если диод включен в обратном направлении, то никаких щелчков вы не услышите: диод легко пропускает ток только в одну сторону. При обратном включении диода в цепи появляются очень слабые толчки обратного тока, которые не могут с достаточной силой двинуть диффузор.

Кстати, вместо того чтобы переключать диод, можно изменить полярность батареи.

Еще один опыт — включение диода в цепь лампочки карманного фонаря (рис. 41). Для этого опыта лучше взять плоскостной диод. Во-первых, не всякий точечный диод может выдержать ток, который нужно пропустить через лампочку (50—150 ма). Во-вторых, прямое сопротивление у плоскостного диода меньше, чем у точечного, ток в цепи оказывается несколько больше, и лампочка горит ярче. А вот обратное сопротивление диода во всех случаях настолько велико, что ток в цепи становится очень малым, и лампочка не горит.

Хотя этих двух опытов вполне достаточно для того, чтобы навсегда запомнить, что диод хорошо пропускает ток только в одну сторону, мы все же проделаем еще один эксперимент. Его, правда, лучше бы назвать фокусом: наш следующий опыт настолько интересен, настолько занимателен, что его можно показывать публике, например, на каком-нибудь школьном вечере самодеятельности.

Соберите схему, приведенную на листке А (рис. 41). Здесь Л₁ и Л₂ обыкновенные электрические лампочки небольшой мощности, лучше всего по 25 вт или в крайнем случае по 40 вт. Лампочки рассчитаны на то напряжение, которое действует у вас в сети, — на 127 или на 220 в. Выключатели Вк₁ и Вк₂ — любого типа. В качестве диодов Д_л1, Д_л2, Д₁ и Д₂ можно использовать все типы плоскостных диодов, у которых I_пр больше 150 ма, а U_{обр=доп} больше 200 в, если напряжение сети 127 в, и больше 300 в, если напряжение сети 220 в (диоды приходится рассчитывать на амплитуду напряжения сети, см. стр: 73). Пользуясь таблицами 1 и 3, находим, что для любого напряжения сети подходят диоды Д7Д, Д7Е, Д7Ж, Д226 и др.

Внимательно проверив правильность соединения диодов (ошибаться здесь нельзя: некоторые ошибки могут привести к одновременной гибели всех четырех диодов!), включите собранную схему в сеть. Теперь можете поочередно замыкать и размыкать выключатели и удивляться. Если замкнут Вк₁, то горит только лампочка Л₂, если замкнут Вк₂ — только лампочка Л₁. Когда замкнуты оба выключателя, то одновременно горят обе лампочки, а если оба выключателя разомкнуты, лампочки не горят. Попробуйте «перевернуть» диоды Д₁ и Д₂, то есть включить их в обратную сторону, и выключатели поменяются ролями: Вк₂, будет управлять лампочкой Л₂, а Вк₁ — лампочкой Л₁.

Как же объяснить столь странное поведение нашей подопытной цепи? Прежде всего нужно вспомнить, что прямое сопротивление диода очень мало, а обратное — очень велико.

Мы подводим к цепи переменное напряжение, и в некоторые моменты параллельно выключателям и лампочкам диоды включены в прямом направлении, а в другие моменты — в обратном. Иными словами, в некоторые моменты параллельно выключателям и лампочкам включены очень небольшие (прямые) сопротивления, а в другие моменты — очень большие (обратные) сопротивления.

Нарисуем график подводимого напряжения и четные полупериоды условно назовем положительными, а нечетные — отрицательными. Будем считать, что положительные полупериоды — это те, во время которых пропускают ток диоды Д_л1 и Д₂, а отрицательные полупериоды — это те, во время которых пропускают ток диоды Д_л2 и Д₁. На рисунке положительное направление тока (ток во время положительных полупериодов) показано пунктиром, а отрицательное направление тока — точками.

Предположим, что замкнуты оба выключателя и все напряжение сети подводится только к лампочкам. Во время положительного полупериода диод Д_л1 своим малым прямым сопротивлением сильно шунтирует (см. Воспоминание № 8, стр. 145), проще говоря, замыкает накоротко лампочку Л₁, весь ток идет через этот диод (по пути наименьшего сопротивления), и лампочка Л₁, естественно, не горит. Зато во время отрицательного полупериода, когда диод Д_л1  оказывается включенным в обратном направлении и поэтому обладает очень большим сопротивлением, весь ток идет через лампочку Л₁ и она светится.

С лампочкой Л₂ все происходит наоборот. Шунтирующий ее диод Д_л2 включен в противоположную сторону (если сравнивать с диодом Д_л1, и поэтому лампочка Л₂ горит только во время положительных полупериодов.

Когда замкнуты оба выключателя, горят обе лампочки поочередно, если можно так сказать — через такт. Мы, конечно, этой очередности не замечаем: лампочки слишком быстро сменяют друг друга, одна зажигается позже другой всего лишь на сотую долю секунды.

Правда, присмотревшись, можно отметить некоторое мигание лампочек, которого не бывает при включении их в сеть переменного тока без диодов. Мигание появляется потому, что через лампочку, параллельно которой подключен диод, проходит ток только одного направления (используется лишь один полупериод). Через лампочку проходит 50 толчков (импульсов) тока в секунду. Если же лампочка включена в сеть без диода, то ток через нее идет и «туда», и «обратно» (используются оба полупериода), то есть толчки тока следуют в два раза чаще и притом без перерывов. Нить не успевает остывать, и никакого мелькания практически нет.

Итак, при замкнутых выключателях горят обе лампочки: одна — во время положительных полупериодов, другая — во время отрицательных. Как только вы разомкнете один из выключателей, одна из лампочек потухнет. Так, в частности, если разомкнуть Вк₂, то потухнет Л₁, а если разомкнуть Вк₁, то потухнет Л₂. И, наконец, если разомкнуть оба выключателя, то потухнут обе лампочки. Это очень эффектное зрелище, когда, манипулируя последовательно соединенными и, казалось бы, совершенно одинаковыми выключателями, вы поочередно зажигаете так же последовательно соединенные и уж наверняка одинаковые лампочки.

Механизм «чуда» довольно прост. Размыкая выключатель, вы вводите в цепь полупроводниковый диод, который преграждает путь току во время одного из полупериодов. Так, например, диод Д₁ преграждает путь положительному току (ток положительного полупериода), который заставлял светиться лампочку Л₂, и она гаснет. Точно так же диод Д₂ преграждает путь отрицательному току (ток отрицательного полупериода), который зажигал лампочку Л₁. Когда включены в цепь оба диода, то закрыт путь току и положительного, и отрицательного направления, поэтому ни одна из лампочек не горит.

Можно проделать много очень интересных опытов, показывающих, как диод изменяет форму сигнала, преобразует его спектр. Но мы пока ограничимся одним опытом, простейшим среди простых. Включите громкоговоритель в трансляционную сеть через диод (рис. 41, листок Б), и вы сразу услышите сильнейшее искажение звука. Это как раз и есть результат появления в спектре новых составляющих, результат изменений формы сигнала из-за односторонней проводимости диода.

Все, что мы до сих пор делали, это, если можно так сказать, учебные опыты. А сейчас попробуем собрать несколько схем, которые могут найти практическое применение. Это три схемы выпрямителей для питания транзисторной аппаратуры небольшой мощности, выпрямитель для зарядки автомобильных аккумуляторов и двухдиапазонный детекторный приемник. Принципиальные и монтажные схемы всех этих простейших устройств приведены на цветной вклейке (рис. 42, 43)[1].