Вольт-амперная характеристика электронных приборов

Начать повествование стоило бы с Эдисона. Этот любознательный муж науки экспериментировал со своей лампочкой накаливания, пытаясь достичь новых вершин в электрическом освещении, а изобрел случайно диодную лампу. В вакууме электроны покидали катод и уносились в сторону второго электрода, отделенного пространством. О выпрямлении тока в то время знали мало, но запатентованное изобретение со временем нашло свое применение. Вот тогда-то и понадобилась вольт-амперная характеристика. Но обо всем по порядку.

Вольт-амперная характеристика любого электронного прибора — вакуумного, а равно и полупроводникового — помогает понять, как поведет себя прибор при включении в электрическую цепь. По сути, это зависимость выходного тока от приложенного к прибору напряжения. Изобретенный Эдисоном предшественник диода предназначен для отсечки отрицательных значений напряжения, хотя, строго говоря, все будет зависеть от направления включения прибора в цепь, но об этом как-нибудь в другой раз, дабы не утомлять читателя излишними подробностями.

Итак, вольт-амперная характеристика идеального диода представляет собой положительную ветвь математической параболы, известной большинству по школьным урокам. Ток сквозь такой прибор может течь лишь в одном направлении. Естественно, идеал отличается от реальной жизни, и на практике при отрицательных значениях напряжения все же существует паразитный ток, называемый обратным (утечки). Он существенно меньше, чем полезный ток, именуемый прямым, но, тем не менее, забывать про неидеальность реальных приборов не следует.

Вакуумный триод отличается от своего младшего собрата с двумя электродами наличием управляющей сетки, перегораживающей поперек среднее сечение вакуумной колбы. Катод со специальным покрытием, облегчающим отделение от его поверхности электронов, служил источником элементарных частиц, которые принимал анод. Поток управлялся напряжением, подаваемым на сетку. Вольт-амперная характеристика вакуумной триодной лампы весьма напоминает диодную, но с одним большим уточнением. В зависимости от напряжения на базе коэффициент параболы претерпевает изменение, и получается семейство линий схожей формы.

В отличие от диода, триоды работают при положительных напряжениях между катодом и анодом. Требуемая функциональность достигается манипуляцией сеточным напряжением. И, наконец, нужно сделать последнее уточнение. Поскольку катод обладает конечной способностью к эмиссии электронов, то на каждой характеристике имеется участок насыщения, где дальнейший рост напряжения уже не приводит к росту выходного тока.

Несмотря на различную природу и принципы работы, вольт-амперная характеристика транзистора не слишком отличается от триодной, лишь крутизна параболы сравнительно велика. Вот почему ламповые схемы по зрелом размышлении часто переносили на полупроводниковую основу. Порядок физических величин иной, транзисторы пользуются несравненно меньшими напряжениями питания. К тому же полупроводниковые приборы могут управляться как положительными, так и отрицательными напряжениями, что дает бóльшую степень свободы конструкторам при проектировании схем.

Для полного удовлетворения запросов на перенос уже готовых решений были изобретены и приборы с фотоэффектом. Правда, если лампы пользовались внешней его разновидностью, то усовершенствованная элементная база по вполне понятным причинам функционирует на основе внутреннего фотоэффекта. Вольт-амперная характеристика фотоэффекта отличается тем, что значение выходного тока сдвигается, в зависимости от освещения. Чем интенсивность светового потока выше, тем больше и выходной ток. Так работают фототранзисторы, а фотодиоды используют ветвь обратного тока. Это помогает создавать приборы, улавливающие фотоны и управляемые внешними источниками света.