Задание 5, страница 16 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 5

На основе правила Ленца объясните изменение потенциала на базе транзистора (рис. 16 и 17).

Рис. 16. Переход эмиттер – база открыт. Происходит подзарядка конденсатора

Рис. 17. Переход эмиттер – база закрыт. Подзарядка конденсатора прекращается

Рис. 16. Переход эмиттер – база открыт. Происходит подзарядка конденсатора

В этом режиме транзистор открыт, и через его коллекторную цепь, включающую первичную обмотку трансформатора, протекает нарастающий ток коллектора $\text{i}$. Согласно закону электромагнитной индукции, изменение тока в первичной обмотке создает изменяющийся во времени магнитный поток $Ф$ в сердечнике трансформатора. Этот переменный магнитный поток пронизывает витки вторичной обмотки и индуцирует в ней ЭДС индукции $E_i$.
Согласно правилу Ленца, возникающий индукционный ток $i_i$ во вторичной обмотке должен своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, который его породил. В данном случае ток коллектора $\text{i}$ нарастает, следовательно, нарастает и созданный им магнитный поток. Чтобы противодействовать этому нарастанию, индукционный ток $i_i$ во вторичной обмотке должен создать магнитный поток, направленный противоположно основному.
Направление обмоток трансформатора выбрано таким образом, чтобы создавать положительную обратную связь. Когда ток $\text{i}$ в первичной обмотке нарастает, индуцированная во вторичной обмотке ЭДС создает на базе транзистора (p-n-p типа, судя по направлению стрелки эмиттера) отрицательный потенциал по отношению к эмиттеру. Это поддерживает переход эмиттер-база в открытом состоянии, усиливая нарастание коллекторного тока. Таким образом, благодаря явлению электромагнитной индукции, потенциал на базе поддерживается на уровне, достаточно низком для удержания транзистора в открытом состоянии.

Ответ: При нарастании тока коллектора $\text{i}$ в первичной обмотке, во вторичной обмотке, согласно правилу Ленца, индуцируется ЭДС, которая создает на базе отрицательный потенциал относительно эмиттера, что удерживает транзистор в открытом состоянии.

Рис. 17. Переход эмиттер – база закрыт. Подзарядка конденсатора прекращается

Когда транзистор достигает насыщения, ток коллектора $\text{i}$ перестает нарастать ($\frac{di}{dt} \approx 0$). В этот момент изменение магнитного потока в сердечнике прекращается ($\frac{dФ}{dt} = 0$), и, как следствие, ЭДС индукции во вторичной обмотке становится равной нулю. Положительная обратная связь, удерживавшая транзистор открытым, исчезает.
Зарядившийся к этому моменту конденсатор в цепи эмиттера начинает разряжаться, что приводит к уменьшению тока базы, и транзистор начинает выходить из режима насыщения. Ток коллектора $\text{i}$ начинает уменьшаться.
Уменьшающийся ток коллектора $\text{i}$ создает убывающий магнитный поток. Снова в дело вступает правило Ленца: теперь индуцированный во вторичной обмотке ток $i_i$ должен своим магнитным полем противодействовать *уменьшению* магнитного потока, то есть поддерживать его. Для этого индукционный ток должен быть направлен так, чтобы создавать магнитный поток того же направления, что и убывающий. Это приводит к тому, что полярность ЭДС индукции во вторичной обмотке меняется на противоположную по сравнению с предыдущим этапом.
Как показано на рис. 17, на базе транзистора (вывод Б) теперь создается положительный потенциал относительно эмиттера (вывод Э). Для p-n-p транзистора такой потенциал является запирающим. Он вызывает еще более быстрое уменьшение тока коллектора, что, в свою очередь, усиливает запирающую ЭДС индукции (лавинообразный процесс). В результате транзистор быстро и полностью закрывается.

Ответ: При уменьшении тока коллектора $\text{i}$ в первичной обмотке, во вторичной обмотке, согласно правилу Ленца, индуцируется ЭДС противоположной полярности, которая создает на базе положительный потенциал относительно эмиттера, что запирает транзистор.