Задание 4, страница 17 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 4

На основе правила Ленца объясните изменение потенциала на базе транзистора (рис. 11 и 12).

Рис. 11. Переход эмиттер – база открыт. Происходит подзарядка конденсатора

Рис. 12. Переход эмиттер – база закрыт. Подзарядка конденсатора прекращается

Решение:

Данная схема представляет собой блокинг-генератор — автоколебательную систему с сильной положительной обратной связью, реализованной через трансформатор. Транзистор в этой схеме работает в ключевом режиме, периодически переходя из открытого состояния в закрытое. Изменение потенциала на базе, управляющее этим переключением, происходит за счет электромагнитной индукции в соответствии с правилом Ленца.

На схемах изображен биполярный транзистор типа p-n-p, на что указывает стрелка эмиттера (Э), направленная к базе (Б). Для открытия (перевода в проводящее состояние) такого транзистора необходимо, чтобы потенциал его базы был ниже потенциала эмиттера ($V_Б < V_Э$). Для закрытия транзистора потенциал базы должен стать равным или выше потенциала эмиттера ($V_Б \ge V_Э$).

Процесс, показанный на Рис. 11. На этом рисунке транзистор находится в открытом состоянии, и через его коллекторную цепь протекает нарастающий ток коллектора $\text{i}$ ($di/dt > 0$). Этот ток, проходя через первичную обмотку трансформатора, создает в его сердечнике нарастающий магнитный поток. Согласно правилу Ленца, это изменяющееся магнитное поле индуцирует в обмотках ЭДС индукции. Во вторичной обмотке (цепи обратной связи) возникает ЭДС, которая, благодаря соответствующей намотке, обеспечивает положительную обратную связь. Это означает, что индуцированная ЭДС поддерживает состояние, вызвавшее её появление, то есть открытое состояние транзистора. Для этого она создает на переходе эмиттер-база прямое смещение, удерживая потенциал базы на более низком уровне по сравнению с потенциалом эмиттера. Полярность этой ЭДС показана на рисунке: «+» со стороны эмиттера и, соответственно, «–» со стороны базы. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ток коллектора не достигнет своего максимального значения (насыщения).

Процесс, показанный на Рис. 12. Когда ток коллектора $\text{i}$ достигает насыщения, его рост прекращается ($di/dt \approx 0$). В этот момент исчезает изменение магнитного потока, и, как следствие, пропадает ЭДС индукции, поддерживавшая транзистор в открытом состоянии. Базовый ток начинает уменьшаться, что приводит к началу процесса закрытия транзистора и уменьшению коллекторного тока $\text{i}$ ($di/dt < 0$). Теперь в сердечнике трансформатора возникает убывающий магнитный поток. Согласно правилу Ленца, индуцированная этим потоком ЭДС будет направлена так, чтобы воспрепятствовать уменьшению потока. Это приводит к изменению полярности ЭДС во вторичной обмотке на противоположную. Как показано на Рис. 12, на базе транзистора теперь формируется положительный потенциал относительно эмиттера. Это высокое положительное смещение на базе p-n-p транзистора создает на переходе эмиттер-база сильное обратное напряжение, которое лавинообразно и полностью запирает транзистор. Таким образом, потенциал базы изменяется с отрицательного (относительно эмиттера) на положительный.

Ответ: Изменение потенциала на базе транзистора обусловлено явлением электромагнитной индукции. 1. При нарастании коллекторного тока (Рис. 11), согласно правилу Ленца, во вторичной обмотке трансформатора индуцируется ЭДС, которая поддерживает потенциал базы на низком уровне относительно эмиттера, удерживая транзистор в открытом состоянии. 2. При спаде коллекторного тока (Рис. 12) изменяющийся магнитный поток индуцирует ЭДС противоположной полярности, которая создает на базе высокий положительный потенциал относительно эмиттера, что приводит к запиранию транзистора.