Kompozitni tranzistor (Darlington tranzistor) - kombinacija dva ili više bipolarnih tranzistora za povećanje strujnog pojačanja. Takav tranzistor se koristi u krugovima koji rade s velikim strujama (na primjer, u krugovima stabilizatora napona, izlaznim stupnjevima pojačala snage) i u ulaznim stupnjevima pojačala ako je potrebno osigurati visoku ulaznu impedanciju.
Simbol za kompozitni tranzistor
Složeni tranzistor ima tri terminala (bazu, emiter i kolektor), koji su ekvivalentni terminalima konvencionalnog jednog tranzistora. Strujni dobitak tipičnog složenog tranzistora (ponekad pogrešno nazvan "superbeta") je ≈ 1000 za tranzistore velike snage i ≈ 50 000 za tranzistore male snage. To znači da je mala bazna struja dovoljna da se uključi složeni tranzistor.
Za razliku od bipolarnih tranzistora, tranzistori sa efektom polja se ne koriste u kompozitnoj vezi. Nema potrebe za kombinovanjem tranzistora sa efektom polja, jer oni već imaju izuzetno nisku ulaznu struju. Međutim, postoje kola (na primjer, bipolarni tranzistor sa izolovanim vratima) gdje se tranzistori s efektom polja i bipolarni tranzistori koriste zajedno. U određenom smislu, takva kola se takođe mogu smatrati kompozitnim tranzistorima. Isto za kompozitni tranzistorMoguće je povećati vrijednost pojačanja smanjenjem debljine podloge, ali to predstavlja određene tehnološke poteškoće.
Primjer superbeta (super-β)tranzistori se mogu koristiti u serijama KT3102, KT3107. Međutim, oni se također mogu kombinirati pomoću Darlingtonove šeme. U ovom slučaju, struja pristrasnosti baze može biti jednaka samo 50 pA (primjeri takvih kola su operacijska pojačala kao što su LM111 i LM316).
Fotografija tipičnog pojačala koji koristi kompozitne tranzistore
Darlington kolo
Jedan tip takvog tranzistora izumio je inženjer elektrotehnike Sidney Darlington.
Šematski dijagram kompozitnog tranzistora
Složeni tranzistor je kaskadna veza više tranzistora povezanih na način da je opterećenje u emiteru prethodnog stupnja tranzicija baza-emiter tranzistora sljedeće faze, odnosno tranzistori su povezani kolektorima, a emiter ulaznog tranzistora je povezan sa bazom izlaznog tranzistora. Osim toga, otporno opterećenje prvog tranzistora može se koristiti kao dio kola za ubrzanje zatvaranja. Takva veza u cjelini smatra se jednim tranzistorom, čiji je trenutni dobitak, kada tranzistori rade u aktivnom načinu rada, približno jednak proizvodu pojačanja prvog i drugog tranzistora:
β s = β 1 ∙ β 2
Pokažimo da kompozitni tranzistor zapravo ima koeficijentβ , znatno veći od obje njegove komponente. Podešavanje inkrementadlb=dlb1, dobijamo:
dle1 = (1 + β 1) ∙ dlb=dlb2
dlTo=dlk1+ dlk2= β 1 ∙ dlb+ β 2 ∙ ((1 + β 1) ∙ dlb)
Dijeljenje dl to on dlb, nalazimo rezultirajući diferencijalni koeficijent prijenosa:
β Σ = β 1 + β 2 + β 1 ∙ β 2
Jer uvekβ >1 , može se smatrati:
β Σ = β 1 ∙ β 1
Treba naglasiti da su koefβ 1 I β 1 mogu se razlikovati čak iu slučaju tranzistora istog tipa, budući da je struja emiteraI e2 V 1 + β 2puta struju emiteraI e1(ovo proizilazi iz očigledne jednakostiI b2 = I e1).
Siklai shema
Darlingtonov par je sličan Sziklai tranzistorskoj vezi, nazvanoj po svom pronalazaču Georgeu Sziklaiu, a ponekad se naziva i komplementarnim Darlingtonovim tranzistorom. Za razliku od Darlingtonovog kola, koje se sastoji od dva tranzistora istog tipa provodljivosti, Sziklai kolo sadrži tranzistore različitih polariteta ( p – n – p i n – p – n ). Par Siklai se ponaša kao n–p–n -tranzistor sa visokim pojačanjem. Ulazni napon je napon između baze i emitera tranzistora Q1, a napon zasićenja jednak je najmanje padu napona na diodi. Preporučljivo je uključiti otpornik niskog otpora između baze i emitera tranzistora Q2. Ovaj sklop se koristi u snažnim push-pull izlaznim stupnjevima kada se koriste izlazni tranzistori istog polariteta.
Sziklai kaskada, slična tranzistoru sa n – p – n prelaz
Kaskodno kolo
Kompozitni tranzistor, napravljen prema tzv. kaskodnom kolu, odlikuje se činjenicom da je tranzistor VT1 spojen u kolo sa zajedničkim emiterom, a tranzistor VT2 spojen u kolo sa zajedničkom bazom. Takav kompozitni tranzistor je ekvivalentan jednom tranzistoru spojenom u kolo sa zajedničkim emiterom, ali ima mnogo bolja frekvencijska svojstva i veću neiskrivljenu snagu u opterećenju, a također može značajno smanjiti Millerov efekat (povećanje ekvivalentne kapacitivnosti invertujući element pojačala zbog povratne sprege sa izlaza na ulaz ovog elementa kada je isključen).
Prednosti i nedostaci kompozitnih tranzistora
Visoke vrijednosti pojačanja u kompozitnim tranzistorima se ostvaruju samo u statičkom režimu, tako da se kompozitni tranzistori široko koriste u ulaznim stepenovima operacionih pojačala. U krugovima na visokim frekvencijama, kompozitni tranzistori više nemaju takve prednosti - granična frekvencija strujnog pojačanja i brzina rada kompozitnih tranzistora je manja od istih parametara za svaki od tranzistora VT1 i VT2.
Prednosti:
A)Visok strujni dobitak.
b)Darlingtonovo kolo je proizvedeno u obliku integriranih kola i, pri istoj struji, radna površina silicija je manja od radne površine bipolarnih tranzistora. Ova kola su od velikog interesa pri visokim naponima.
Nedostaci:
A)Niske performanse, posebno prijelaz iz otvorenog u zatvoreno stanje. Iz tog razloga, kompozitni tranzistori se prvenstveno koriste u niskofrekventnim ključevima i krugovima pojačala; na visokim frekvencijama njihovi parametri su lošiji od onih kod jednog tranzistora.
b)Pad napona naprijed na spoju baza-emiter u Darlingtonovom kolu je skoro dvostruko veći nego u konvencionalnom tranzistoru, a za silikonske tranzistore iznosi oko 1,2 - 1,4 V (ne može biti manji od dvostrukog pada napona na p-n spoju) .
V)Visok napon zasićenja kolektor-emiter, za silicijumski tranzistor oko 0,9 V (u poređenju sa 0,2 V za konvencionalne tranzistore) za tranzistore male snage i oko 2 V za tranzistore velike snage (ne može biti manji od pada napona na p-n spoju plus pad napona na zasićenom ulaznom tranzistoru).
Upotreba otpornika opterećenja R1 omogućava vam da poboljšate neke karakteristike kompozitnog tranzistora. Vrijednost otpornika se bira na način da struja kolektor-emiter tranzistora VT1 u zatvorenom stanju stvara pad napona na otporniku koji je nedovoljan za otvaranje tranzistora VT2. Dakle, struja curenja tranzistora VT1 nije pojačana tranzistorom VT2, čime se smanjuje ukupna struja kolektor-emiter kompozitnog tranzistora u isključenom stanju. Osim toga, upotreba otpornika R1 pomaže da se poveća brzina kompozitnog tranzistora prisiljavanjem zatvaranja tranzistora VT2. Tipično, otpor R1 iznosi stotine oma u Darlington tranzistoru velike snage i nekoliko kOhma u Darlington tranzistoru malog signala. Primjer kruga s emiterskim otpornikom je moćni n-p-n Darlington tranzistor tipa KT825, njegovo strujno pojačanje je 10.000 (tipična vrijednost) za struju kolektora od 10 A.
Ako spojite tranzistore kao što je prikazano na sl. 2.60, tada će rezultirajući krug raditi kao jedan tranzistor i njegov koeficijent β biće jednak proizvodu koeficijenata β komponente tranzistora.
Rice. 2.60. Kompozitni tranzistor Darlington .
Ova tehnika je korisna za kola koja rukuju visokim strujama (kao što su regulatori napona ili izlazni stupnjevi pojačala snage) ili za ulazne stupnjeve pojačala koji zahtijevaju visoku ulaznu impedanciju.
U Darlington tranzistoru, pad napona između baze i emitera je dvostruko veći od normalnog napona, a napon zasićenja najmanje je jednak padu napona na diodi (pošto je potencijal emitera tranzistora T 1 mora premašiti potencijal emitera tranzistora T 2 padom napona na diodi). Osim toga, tranzistori povezani na ovaj način ponašaju se kao jedan tranzistor s prilično malom brzinom, jer tranzistor T 1 ne može brzo isključiti tranzistor T 2. S obzirom na ovo svojstvo, obično se nalazi između baze i emitera tranzistora T 2 uključite otpornik (slika 2.61).
Rice. 2.61. Povećanje brzine isključivanja u kompozitnom Darlington tranzistoru.
Otpornik R sprečava pristrasnost tranzistora T 2 u područje provodljivosti zbog struja curenja tranzistora T 1 I T 2. Otpor otpornika je odabran tako da struje curenja (mjerene u nanoamperima za tranzistore malog signala i u stotinama mikroampera za tranzistore velike snage) stvaraju pad napona na njemu koji ne prelazi pad napona na diodi, i istovremeno tako da kroz njega teče struja koja je mala u odnosu na baznu struju tranzistora T 2. Obično otpor R je nekoliko stotina oma u Darlington tranzistoru velike snage i nekoliko hiljada oma u Darlington tranzistoru malog signala.
Industrija proizvodi Darlington tranzistore u obliku kompletnih modula, koji obično uključuju emiterski otpornik. Primjer takve standardne sheme je moćna n‑r‑n Darlington tranzistor je tipa 2N6282, njegovo strujno pojačanje je 4000 (tipično) za struju kolektora od 10 A.
Povezivanje tranzistora prema Sziklai shemi (Sziklai). Povezivanje tranzistora prema Sziklai krugu je sklop sličan onom koji smo upravo pogledali. Takođe omogućava povećanje koeficijenta β . Ponekad se takva veza naziva komplementarnim Darlingtonovim tranzistorom (slika 2.62).
Rice. 2.62 . Povezivanje tranzistora prema dijagramu Siklai(“komplementarni Darlington tranzistor”).
Kolo se ponaša kao tranzistor n‑r‑n- tip sa velikim koeficijentom β . Kolo ima jedan napon između baze i emitera, a napon zasićenja, kao iu prethodnom kolu, najmanje je jednak padu napona na diodi. Između baze i emitera tranzistora T 2 Preporučljivo je uključiti otpornik s malim otporom. Dizajneri koriste ovo kolo u izlaznim stupnjevima velike snage push-pull kada žele koristiti izlazne tranzistore samo jednog polariteta. Primjer takvog kola prikazan je na sl. 2.63.
Rice. 2.63. Snažna push-pull kaskada koja koristi samo izlazne tranzistore n‑r‑n-tip.
Kao i ranije, otpornik je kolektorski otpornik tranzistora T 1. Darlington tranzistor formiran od tranzistori T 2 I T 3, ponaša se kao jedan tranzistor n‑r‑n‑tip, sa velikim strujnim pojačanjem. Tranzistori T 4 I T 5, spojeni prema Sziklai krugu, ponašaju se kao snažan tranzistor p‑n‑p- tip sa visokim pojačanjem. Kao i ranije, otpornici R 3 I R 4 imaju mali otpor. Ovaj sklop se ponekad naziva push-pull repetitor sa kvazi-komplementarnom simetrijom. U pravoj kaskadi sa dodatnom simetrijom (komplementarnom), tranzistori T 4 I T 5 bi bili povezani prema Darlingtonovom kolu.
Tranzistor sa ultra-visokim strujnim pojačanjem. Kompozitne tranzistori - Darlington tranzistori i slično - ne treba brkati sa tranzistorima ultra-visokog strujnog pojačanja, koji imaju vrlo veliko pojačanje h 21E dobijene tokom tehnološkog procesa izrade elementa. Primjer takvog elementa je tranzistor tipa 2N5962, za koji je zajamčeno minimalno pojačanje struje od 450 kada se struja kolektora promijeni u rasponu od 10 μA do 10 mA; ovaj tranzistor pripada seriji elemenata 2N5961‑2N5963, koju karakteriše raspon maksimalnih napona U CE od 30 do 60 V (ako bi napon kolektora trebao biti veći, tada biste trebali smanjiti vrijednost β ). Industrija proizvodi usklađene parove tranzistora sa ultra visokim vrijednostima koeficijenta β . Koriste se u pojačivačima niskog signala za koje tranzistori moraju imati podudarne karakteristike; posvećena ovom pitanju odjeljak 2.18. Primeri takvih standardnih kola su kola kao što su LM394 i MAT-01; oni su tranzistorski parovi visokog pojačanja u kojima je napon U BE uparen sa delićima milivolta (najbolja kola obezbeđuju usklađivanje do 50 μV), a koeficijent h 21E– do 1%. Kolo tipa MAT-03 je upareni par p‑n‑p- tranzistori.
Tranzistori ultra visokog omjera β mogu se kombinirati prema Darlington shemi. U ovom slučaju, osnovna struja prednapona može biti jednaka samo 50 pA (primjeri takvih kola su operaciona pojačala kao što su LM111 i LM316.
Link za praćenje
Prilikom postavljanja prednapona, na primjer u emiterskom sljedbeniku, razdjelni otpornici u osnovnom kolu se biraju tako da djelitelj u odnosu na bazu djeluje kao izvor tvrdog napona, odnosno da otpor paralelno spojenih otpornika je znatno manji od ulaznog otpora kola na bočnim bazama. S tim u vezi, ulazni otpor cijelog kruga određen je djeliteljem napona - za signal koji stiže na njegov ulaz, ulazni otpor je mnogo manji nego što je stvarno potrebno. Na sl. Na slici 2.64 prikazan je odgovarajući primjer.
Rice. 2.64.
Ulazna impedansa kola je približno 9 kΩ, a otpor djelitelja napona za ulazni signal je 10 kΩ. Poželjno je da ulazni otpor uvijek bude visok, a u svakom slučaju nije mudro opterećivati izvor ulaznog signala kola s razdjelnikom, koji je u konačnici potreban samo da bi se osiguralo pristrasnost tranzistora. Metod komunikacije praćenja omogućava vam da se izvučete iz ove poteškoće (slika 2.65).
Rice. 2.65. Povećanje ulazne impedanse emiterskog sljedbenika na frekvencijama signala uključivanjem razdjelnika u kolo za praćenje, koji osigurava osnovnu pristranost.
Pristranost tranzistora osiguravaju otpornici R1, R2, R3. Kondenzator C 2 je odabran tako da je njegov ukupni otpor na frekvencijama signala mali u usporedbi s otporom bias otpornika. Kao i uvijek, bias će biti stabilan ako je DC otpor njegovog izvora dat u bazi (u ovom slučaju 9,7 kOhm) znatno manji od DC otpora baze (u ovom slučaju ~ 100 kOhm). Ali ovdje ulazni otpor za frekvencije signala nije jednak DC otporu.
Razmotrite putanju signala: ulazni signal U in generiše signal na emiteru u E ~= u in, dakle povećanje struje koja teče kroz otpornik za prednapon R 3, bice i = (u in – u E)/R 3~= 0, tj. Z u = u in /i unos) ~=
Otkrili smo da je ulazni (šant) otpor kruga prednapona vrlo visok za frekvencije signala .
Drugi pristup analizi kola zasniva se na činjenici da pad napona na otporniku R 3 jer je sve frekvencije signala iste (pošto se napon između njegovih terminala jednako mijenja), odnosno izvor je struje. Ali otpor izvora struje je beskonačan. Zapravo, stvarna vrijednost otpora nije beskonačna, jer je pojačanje sljedbenika nešto manje od 1. Ovo je uzrokovano činjenicom da pad napona između baze i emitera ovisi o struji kolektora, koja se mijenja kako se mijenja nivo signala. . Isti rezultat se može dobiti ako uzmemo u obzir razdjelnik formiran izlaznim otporom na strani emitera [ r E = 25/I K(mA) Ohm] i otpornik emitera. Ako je označeno pojačanje napona repetitora A (A~= 1), zatim efektivnu vrijednost otpora R 3 na frekvencijama signala jednake R 3 /(1 – A). U praksi, efektivna vrijednost otpora R 3 je otprilike 100 puta veća od svoje nominalne vrijednosti, a ulaznim otporom dominira ulazni otpor tranzistora na bazi baze. U invertujućem pojačalu sa zajedničkim emiterom, može se napraviti slična veza za praćenje, jer signal na emiteru prati signal na bazi. Imajte na umu da se kolo djelitelja napona prednapona napaja izmjeničnom strujom (na frekvencijama signala) sa izlaza emitera niske impedancije, tako da ulazni signal to ne mora činiti.
Servo priključak u opterećenju kolektora. Princip servo sprege se može koristiti za povećanje efektivne otpornosti kolektorskog otpornika opterećenja ako je kaskada napunjena na repetitor. U ovom slučaju, pojačanje napona kaskade će se značajno povećati [podsjetite se toga KU = – g m R K, A g m = 1/(R 3 + r E)]·
Na sl. Slika 2.66 prikazuje primjer push-pull izlaznog stupnja sa servo vezom, izgrađenom slično kotu push-pull repetitora o kojem se raspravljalo gore.
Rice. 2.66. Servo spojnica u kolektorskom opterećenju pojačivača snage, koji je stupanj opterećenja.
Pošto izlaz ponavlja signal na osnovu tranzistora T 2, kondenzator WITH stvara vezu za praćenje u opterećenje kolektora tranzistora T 1 i održava konstantan pad napona na otporniku R 2 u prisustvu signala (impedansa kondenzatora WITH trebalo bi biti malo u poređenju sa R 1 I R 2 preko cijelog frekvencijskog opsega signala). Zahvaljujući tome, otpornik R 2 postaje sličan izvoru struje, pojačanje tranzistora se povećava T 1 napon i održava dovoljan napon na bazi tranzistora T 2čak i pri vršnim vrijednostima signala. Kada se signal približi naponu napajanja U QC potencijal na spojnoj tački otpornika R 1 I R 2 postaje više od U QC, zahvaljujući naboju akumuliranom u kondenzatoru WITH. Štaviše, ako R 1 = R 2(dobra opcija za odabir otpornika), tada će potencijal na mjestu njihovog povezivanja premašiti U QC 1,5 puta u trenutku kada izlazni signal postane jednak U QC. Ovaj krug je postao vrlo popularan u dizajnu niskofrekventnih kućnih pojačala, iako jednostavan izvor struje ima prednosti u odnosu na servo krug u tome što eliminira potrebu za nepoželjnim elementom - elektrolitičkim kondenzatorom - i pruža bolje performanse na niskim frekvencijama.
Darlington), često su komponente radioamaterskih dizajna. Kao što je poznato, s takvom vezom, strujni dobitak se u pravilu povećava desetinama puta. Međutim, nije uvijek moguće postići značajnu marginu radnog kapaciteta za napon koji djeluje na kaskadu. Pojačala koja se sastoje od dva bipolarna tranzistora (slika 1.23) često pokvare kada su izložena impulsnom naponu, čak i ako ne prelazi vrijednost električnih parametara navedenih u referentnoj literaturi.
Ovaj neugodan efekat se može riješiti na različite načine. Jedan od njih - najjednostavniji - je prisutnost u paru tranzistora s velikom (nekoliko puta) rezervom resursa u smislu napona kolektor-emiter. Relativno visoka cijena takvih "visokonaponskih" tranzistora dovodi do povećanja cijene dizajna. Možete, naravno, kupiti posebne kompozitne silikonske uređaje u jednom paketu, na primjer: KT712, KT829, KT834, KT848, KT852, KT853, KT894, KT897, KT898, KT973, itd. Ova lista uključuje velike i srednje snage uređaji dizajnirani za gotovo čitav spektar radiotehničkih uređaja. Ili možete koristiti klasični - sa dva paralelno povezana tranzistora tipa KP501V - ili koristiti uređaje KP501A...V, KP540 i druge sa sličnim električnim karakteristikama (slika 1.24). U ovom slučaju, izlaz gejta je spojen umjesto baze VT1, izlaz izvora - umjesto emitera VT2, izlaz drena - umjesto kombiniranih kolektora VT1, VT2.
Rice. 1.24. Zamjena kompozitnog tranzistora tranzistorima s efektom polja
Nakon ovako jednostavne modifikacije, tj. zamjena komponenti u električnim krugovima, univerzalna primjena, struja na tranzistorima VT1, VT2 ne ispada ni kod 10-strukog ili više naponskog preopterećenja. Štoviše, ograničavajući otpornik u krugu kapije VT1 također se povećava nekoliko puta. To dovodi do činjenice da imaju veći ulaz i, kao rezultat, izdržavaju preopterećenja zbog pulsne prirode upravljanja ovom elektroničkom jedinicom.
Strujni dobitak rezultirajuće kaskade je najmanje 50. Povećava se direktno proporcionalno porastu napona napajanja čvora.
VT1, VT2. U nedostatku diskretnih tranzistora tipa KP501A...B, možete koristiti mikro krug 1014KT1V bez gubitka kvalitete uređaja. Za razliku od, na primjer, 1014KT1A i 1014KT1B, ovaj može izdržati veća preopterećenja primijenjenog impulsnog napona - do 200 V DC napona. Pinout za uključivanje tranzistora mikrokola 1014KT1A…1014K1V prikazan je na Sl. 1.25.
Kao iu prethodnoj verziji (slika 1.24), uključeni su paralelno.
Pinout tranzistora sa efektom polja u mikrokolu 1014KT1A…V
Autor je testirao desetine elektronskih komponenti koje omogućava . Takvi čvorovi se koriste u dizajnu radio amatera kao strujni prekidači na isti način kao što su uključeni kompozitni tranzistori. Gore navedenim karakteristikama tranzistora sa efektom polja možemo dodati i njihovu energetsku efikasnost, jer u zatvorenom stanju, zbog velikog ulaza, praktično ne troše struju. Što se tiče cijene takvih tranzistora, ona je danas gotovo ista kao cijena tranzistora srednje snage ovog tipa (i sličnih), koji se obično koriste kao strujni pojačivač za kontrolu uređaja za opterećenje.
Ako otvorite bilo koju knjigu o elektronskoj tehnologiji, odmah ćete vidjeti koliko je elemenata nazvano po svojim tvorcima: Šotkijeva dioda, Zener dioda (poznata i kao zener dioda), Gunn dioda, Darlington tranzistor.
Inženjer elektrotehnike Sidney Darlington eksperimentirao je s brušenim DC motorima i njihovim upravljačkim krugovima. Kola su koristila strujna pojačala.
Inženjer Darlington je izumio i patentirao tranzistor koji se sastoji od dva bipolarna i napravljen na jednom silicijumskom kristalu sa difuznim n(negativno) i str(pozitivne) tranzicije. Po njemu je nazvana nova poluprovodnička naprava.
U domaćoj tehničkoj literaturi Darlington tranzistor se naziva kompozitnim. Pa, hajde da ga bolje upoznamo!
Uređaj kompozitnog tranzistora.
Kao što je već spomenuto, radi se o dva ili više tranzistora proizvedenih na jednom poluvodičkom čipu i upakovanih u jedan zajednički paket. U krugu emitera prvog tranzistora postoji i otpornik opterećenja.
Darlington tranzistor ima iste terminale kao i poznati bipolarni tranzistor: bazu, emiter i kolektor.
Darlington kolo
Kao što vidite, takav tranzistor je kombinacija nekoliko. Ovisno o snazi, može sadržavati više od dva bipolarna tranzistora. Vrijedi napomenuti da se u visokonaponskoj elektronici koristi i tranzistor koji se sastoji od bipolarnog i tranzistora s efektom polja. Ovo je IGBT tranzistor. Takođe se može klasifikovati kao kompozitni, hibridni poluprovodnički uređaj.
Glavne karakteristike Darlington tranzistora.
Glavna prednost kompozitnog tranzistora je njegovo veliko pojačanje struje.
Vrijedno je podsjetiti na jedan od glavnih parametara bipolarnog tranzistora. Ovo je dobitak ( h 21). Takođe se označava slovom β (“beta”) grčkog alfabeta. Uvijek je veći ili jednak 1. Ako je pojačanje prvog tranzistora 120, a drugog 60, tada je pojačanje kompozita već jednako proizvodu ovih vrijednosti, odnosno 7200, a ovo je veoma dobro. Kao rezultat, vrlo mala bazna struja je dovoljna da se tranzistor uključi.
Inženjer Sziklai je malo modificirao Darlingtonovu vezu i dobio tranzistor, koji je nazvan komplementarni Darlington tranzistor. Podsjetimo da su komplementarni par dva elementa sa apsolutno identičnim električnim parametrima, ali različite provodljivosti. Takav par nekada su bili KT315 i KT361. Za razliku od Darlingtonovog tranzistora, kompozitni tranzistor prema Sziklai krugu sastavljen je od bipolarnih tranzistora različite provodljivosti: p-n-p I n-p-n. Evo primjera složenog tranzistora prema Sziklai krugu, koji radi kao npn tranzistor, iako se sastoji od dvije različite strukture.
Siklai shema
Nedostaci kompozitnih tranzistora uključuju niske performanse, stoga se široko koriste samo u niskofrekventnim krugovima. Takvi tranzistori su se pokazali odličnim u izlaznim stupnjevima moćnih niskofrekventnih pojačala, u upravljačkim krugovima elektromotora i u prekidačima elektronskih kola paljenja automobila.
Glavni električni parametri:
Napon kolektor – emiter 500 V;
Emiter – bazni napon 5 V;
Struja kolektora – 15 A;
Maksimalna struja kolektora – 30 A;
Rasipanje snage pri 25 0 C – 135 W;
Temperatura kristala (prijelaza) – 175 0 C.
Na dijagramima strujnog kola nema posebnog simbola za označavanje kompozitnih tranzistora. U velikoj većini slučajeva na dijagramu je označen kao običan tranzistor. Iako postoje izuzeci. Evo jedne od mogućih oznaka na dijagramu strujnog kola.
Da vas podsjetim da Darlington sklop može imati ili p-n-p strukturu ili n-p-n strukturu. U tom smislu, proizvođači elektronskih komponenti proizvode komplementarne parove. To uključuje serije TIP120-127 i MJ11028-33. Na primjer, tranzistori TIP120, TIP121, TIP122 imaju strukturu n-p-n, i TIP125, TIP126, TIP127 - p-n-p.
Ovu oznaku možete pronaći i na dijagramima kola.
Primjeri primjene kompozitnog tranzistora.
Razmotrimo upravljački krug za komutatorski motor koji koristi Darlington tranzistor.
Kada se na bazu prvog tranzistora dovede struja od oko 1 mA, kroz njegov kolektor će teći struja 1000 puta veća, odnosno 1000 mA. Ispostavilo se da jednostavno kolo ima pristojan dobitak. Umjesto motora, možete spojiti električnu sijalicu ili relej, pomoću kojih možete prebaciti moćna opterećenja.
Ako umjesto sklopa Darlington koristimo sklop Sziklai, onda je opterećenje spojeno na emiterski krug drugog tranzistora i nije spojeno na plus, već na minus napajanja.
Ako kombinirate Darlington tranzistor i Sziklai sklop, dobijete push-pull strujno pojačalo. Zove se push-pull jer u određenom trenutku samo jedan od dva tranzistora, gornji ili donji, može biti otvoren. Ovo kolo invertuje ulazni signal, odnosno izlazni napon će biti suprotan od ulaznog napona.
To nije uvijek zgodno, pa se stoga na ulaz push-pull strujnog pojačala dodaje još jedan pretvarač. U ovom slučaju, izlazni signal tačno ponavlja ulazni signal.
Primjena Darlington sklopa u mikro krugovima.
Integrirana kola koja sadrže nekoliko kompozitnih tranzistora se široko koriste. Jedan od najčešćih je L293D integrirani sklop. Često ga koriste entuzijasti robotike u svojim domaćim projektima. Mikrokrug L293D je četiri strujna pojačala u zajedničkom kućištu. Budući da je u push-pull pojačalu o kojem smo gore govorili samo jedan tranzistor uvijek otvoren, izlaz pojačala se naizmjenično povezuje na plus ili minus izvora napajanja. Ovo zavisi od ulaznog napona. U suštini, imamo elektronski ključ. To jest, L293 čip se može definirati kao četiri elektronska ključa.
Evo "komada" dijagrama izlaznog stupnja mikrokola L293D, preuzetog iz njegovog lista podataka (referentnog lista).
Kao što vidite, izlazni stepen se sastoji od kombinacije Darlington i Szyklai kola. Gornji dio kola je kompozitni tranzistor prema Sziklai krugu, a donji dio je napravljen po Darlingtonovom kolu.
Mnogi se sjećaju vremena kada su postojali videorekorderi umjesto DVD plejera. A uz pomoć L293 čipa, kontrolirana su dva elektromotora videorekordera, i to u punoj funkciji. Za svaki motor bilo je moguće kontrolirati ne samo smjer rotacije, već je slanjem signala iz PWM kontrolera bilo moguće kontrolirati brzinu rotacije u velikim granicama.
Specijalizirana mikrokola bazirana na Darlingtonovom kolu također su široko korištena. Primjer je mikrokolo ULN2003A (analogno K1109KT22). Ovo integrirano kolo je niz od sedam Darlington tranzistora. Takvi univerzalni sklopovi mogu se lako koristiti u radioamaterskim krugovima, na primjer, radio-kontroliranim relejima. To je ono o čemu ja pričam.
Bukvalno odmah nakon pojave poluvodičkih uređaja, recimo tranzistora, oni su ubrzano počeli istiskivati električne vakuumske uređaje i, posebno, triode. Trenutno tranzistori zauzimaju vodeću poziciju u tehnologiji kola.
Početnik, a ponekad čak i iskusni radio-amaterski dizajner, ne uspijeva odmah pronaći željeno rješenje kola ili razumjeti svrhu određenih elemenata u kolu. Imajući pri ruci set "cigli" s poznatim svojstvima, mnogo je lakše izgraditi "zgradu" jednog ili drugog uređaja.
Ne zadržavajući se detaljno na parametrima tranzistora (o tome je dovoljno pisano u modernoj literaturi, na primjer, u), razmotrit ćemo samo pojedinačna svojstva i načine za njihovo poboljšanje.
Jedan od prvih problema sa kojima se susreće programer je povećanje snage tranzistora. Može se riješiti paralelnim povezivanjem tranzistora (). Otpornici za izjednačavanje struje u krugovima emitera pomažu u ravnomjernoj raspodjeli opterećenja.
Ispostavilo se da je paralelno povezivanje tranzistora korisno ne samo za povećanje snage pri pojačavanju velikih signala, već i za smanjenje šuma pri pojačavanju slabih. Nivo buke se smanjuje proporcionalno kvadratnom korijenu broja tranzistora povezanih paralelno.
Prekostrujna zaštita se najlakše rješava uvođenjem dodatnog tranzistora (). Nedostatak takvog samozaštitnog tranzistora je smanjenje efikasnosti zbog prisustva strujnog senzora R. Moguća opcija poboljšanja je prikazana u. Zahvaljujući uvođenju germanijumske diode ili Schottky diode, moguće je nekoliko puta smanjiti vrijednost otpornika R, a samim tim i snagu koja se na njemu troši.
Za zaštitu od obrnutog napona, dioda se obično povezuje paralelno sa terminalima emiter-kolektor, kao, na primjer, u kompozitnim tranzistorima kao što su KT825, KT827.
Kada tranzistor radi u režimu prebacivanja, kada je potrebno brzo prebaciti iz otvorenog u zatvoreno stanje i natrag, ponekad se koristi prisilno RC kolo (). U trenutku otvaranja tranzistora, punjenje kondenzatora povećava svoju baznu struju, što pomaže u smanjenju vremena uključivanja. Napon na kondenzatoru dostiže pad napona na osnovnom otporniku uzrokovan baznom strujom. U trenutku zatvaranja tranzistora, kondenzator, pražnjenje, potiče resorpciju manjinskih nosača u bazi, smanjujući vrijeme isključivanja.
Možete povećati transkonduktivnost tranzistora (omjer promjene struje kolektora (odvoda) i promjene napona na bazi (gejtu) koja ga je uzrokovala pri konstantnom Uke Usi)) pomoću Darlingtonovog kola (). Otpornik u osnovnom kolu drugog tranzistora (možda nedostaje) se koristi za podešavanje struje kolektora prvog tranzistora. Sličan kompozitni tranzistor sa visokim ulaznim otporom (zbog upotrebe tranzistora sa efektom polja) je predstavljen u. Kompozitni tranzistori prikazani na sl. i , sastavljeni su na tranzistorima različite provodljivosti prema Szyklai krugu.
Uvođenje dodatnih tranzistora u Darlington i Sziklai kola, kao što je prikazano na sl. i, povećava ulazni otpor drugog stepena za naizmjeničnu struju i, shodno tome, koeficijent prijenosa. Primjena sličnog rješenja u tranzistorima Sl. i daje kola i, respektivno, linearizaciju transkonduktivnosti tranzistora.
Širokopojasni tranzistor velike brzine predstavljen je na. Povećane performanse postignute su kao rezultat smanjenja Millerovog efekta na sličan način.
"Dijamantski" tranzistor prema njemačkom patentu je predstavljen na. Moguće opcije za njegovo omogućavanje su prikazane na. Karakteristična karakteristika ovog tranzistora je odsustvo inverzije na kolektoru. Otuda udvostručavanje nosivosti kola.
Snažan kompozitni tranzistor sa naponom zasićenja od oko 1,5 V prikazan je na slici 24. Snaga tranzistora može se značajno povećati zamjenom VT3 tranzistora kompozitnim tranzistorom ().
Slično razmišljanje se može napraviti za tranzistor p-n-p tipa, kao i za tranzistor sa efektom polja sa kanalom p-tipa. Kada koristite tranzistor kao regulacijski element ili u prekidačkom načinu rada, moguće su dvije opcije za povezivanje opterećenja: u krug kolektora () ili u krug emitera ().
Kao što se može vidjeti iz gornjih formula, najmanji pad napona, a shodno tome i minimalna disipacija snage, je na jednostavnom tranzistoru s opterećenjem u kolektorskom kolu. Korištenje kompozitnog Darlington i Szyklai tranzistora s opterećenjem u kolektorskom kolu je ekvivalentno. Darlington tranzistor može imati prednost ako se kolektori tranzistora ne kombinuju. Kada je opterećenje spojeno na emiterski krug, prednost Siklai tranzistora je očigledna.
književnost:
1. Stepanenko I. Osnove teorije tranzistora i tranzistorskih kola. - M.: Energija, 1977.
2. US Patent 4633100: Publ. 20-133-83.
3. A.s. 810093.
4. US Patent 4,730,124: Pub. 22-133-88. - Str.47.
1. Povećanje snage tranzistora.
Otpornici u krugovima emitera su potrebni za ravnomjernu distribuciju opterećenja; Nivo buke se smanjuje proporcionalno kvadratnom korijenu broja tranzistora povezanih paralelno.
2. Zaštita od prekomjerne struje.
Nedostatak je smanjenje efikasnosti zbog prisustva strujnog senzora R.
Druga opcija je da se zahvaljujući uvođenju germanijumske diode ili Schottky diode vrijednost otpornika R može smanjiti nekoliko puta, a na njemu će se trošiti manje snage.
3. Kompozitni tranzistor sa visokim izlaznim otporom.
Zbog kaskodne veze tranzistora, Millerov efekat je značajno smanjen.
Drugi sklop - zbog potpunog odvajanja drugog tranzistora od ulaza i napajanja drena prvog tranzistora naponom proporcionalnim ulazu, kompozitni tranzistor ima još veće dinamičke karakteristike (jedini uslov je da drugi tranzistor mora imati viši granični napon). Ulazni tranzistor se može zamijeniti bipolarnim.
4. Zaštita tranzistora od dubokog zasićenja.
Sprečavanje prednagiba spoja baza-kolektor pomoću Schottky diode.
Složenija opcija je Bakerova šema. Kada napon kolektora tranzistora dostigne osnovni napon, "višak" bazne struje se izbacuje kroz kolektorski spoj, sprečavajući zasićenje.
5. Krug ograničenja zasićenja za relativno niskonaponske prekidače.
Sa senzorom bazne struje.
Sa senzorom struje kolektora.
6. Smanjenje vremena uključivanja/isključivanja tranzistora korištenjem prisilnog RC lanca.
7. Kompozitni tranzistor.
Darlingtonov dijagram.
Siklai shema.
