Скла́дений транзи́стор (транзистор Дарлінгтона) — об'єднання двох чи більше біполярних транзисторів з метою збільшення коефіцієнта підсилення за струмом . Такий транзистор використовується у схемах, що працюють з великими струмами (наприклад, в схемах стабілізаторів напруги, вихідних каскадах підсилювачів потужності) і у вхідних каскадах підсилювачів, якщо необхідно забезпечити великий вхідний імпеданс.
Складений транзистор має три виводи (база, емітер і колектор), які еквівалентні виводам звичайного одиночного транзистора. Коефіцієнт підсилення за струмом типового складеного транзистора (іноді помилково званого «супербета») , у потужних транзисторів (наприклад у КТ825) β ≈ 1000 та у малопотужних транзисторів (типу КТ3102 і т п.) β ≈ 50000. Це означає, що невеликого струму бази достатньо для того, щоб складений транзистор відкрився.
Схема Дарлінгтона
Один з видів такого транзистора винайшов інженер-електрик Сідні Дарлінгтон (Sidney Дарлінгтон).
Складений транзистор є каскадним з'єднанням декількох транзисторів, включених таким чином, що навантаженням на емітері попереднього каскаду є перехід база-емітер транзистора наступного каскаду, тобто транзистори з'єднуються колекторами, а емітер вхідного транзистора з'єднується з базою вихідного. Крім того, у складі схеми для прискорення закривання може використовуватися резистивне навантаження першого транзистора. Таке з'єднання в цілому розглядають як один транзистор, коефіцієнт посилення по струму якого при роботі транзисторів в активному режимі приблизно дорівнює добутку коефіцієнтів посилення першого і другого транзисторів:
Покажемо, що складений транзистор дійсно має значно більший коефіцієнт β, ніж у його обох компонентів.
Задаючи прирощення dIб=dIб1, отримуємо:
dIэ1=(1+β1)dIб=dIб2;
dIк=dIк1+dIк2=β1dIб+β2((1+β1)dIб).
Розділивши dIк на dIб, знаходимо результуючий диференційний коефіцієнт передачі:
βΣ=β1+β2+β1β2
Оскільки завжди , можна вважати:
βΣ≈β1β2.
Слід підкреслити, що коефіцієнти і можуть розрізнятися навіть у разі однотипних транзисторів, оскільки струм емітера Iэ2 в 1+β2 разів більше струму емітера Iэ1 (це випливає з очевидної рівності Iб2=Iэ1) .
Схема Шиклаї
Схожою на схему Дарлінгтона є з'єднання транзисторів за схемою Шиклаї (Sziklai pair), що названа так на честь її винахідника Джорджа К. Шиклаї, також іноді званою комплементарним транзистором Дарлінгтона . На відміну від схеми Дарлінгтона, що складається з двох транзисторів одного типу провідності, схема Шиклаї містить транзистори різної провідності (PNP і NPN). Пара Шиклаї поводить себе як NPN-транзистор з великим коефіцієнтом підсилення. Вхідна напруга — це напруга між базою і емітером транзистора Q1, а напруга насичення дорівнює принаймні падінню напруги на діоді. Між базою і емітером транзистора Q2 рекомендується включати резистор невеликого опору. Така схема застосовується у потужних двотактних вихідних каскадах при використанні вихідних транзисторів однієї провідності.
Каскодна схема
Складений транзистор, виконаний за так званою каскодною схемою, характеризується тим, що транзистор VT1 включений за схемою із загальним емітером, а транзистор VT2 — за схемою із загальною базою. Такий складений транзистор еквівалентний одиночному транзистору, включеному за схемою з загальним емітером, але при цьому він має набагато кращі частотні властивості й більшу неспотворену потужність в навантаженні, а також дозволяє значно зменшити ефект Міллера.
Переваги і недоліки складених транзисторів
Високі значення коефіцієнта підсилення в складених транзисторах реалізуються тільки в статичному режимі, тому складені транзистори знайшли широке застосування у вхідних каскадах операційних підсилювачів. У схемах на високих частотах складені транзистори вже не мають таких переваг — гранична частота підсилення за струмом і швидкодія складених транзисторів менші від значення цих параметрів для кожного з транзисторів VT1 і VT2.
Переваги складеного транзистора:
- Високий коефіцієнт підсилення за струмом.
- Схема Дарлінгтона виготовляється у вигляді інтегральних схем і при однаковому струмі робоча поверхня кремнію менша, ніж у біполярних транзисторів. Такі схеми складають великий інтерес на високих напругах.
Недоліки складеного транзистора:
- Низька швидкодія, особливо переходу з відкритого стану в закритий. З цієї причини складені транзистори використовуються переважно в низькочастотних ключових і підсилювальних схемах, на високих частотах їх параметри гірші, ніж у одиночного транзистора.
- Пряме падіння напруги на переході база-емітер в схемі Дарлінгтона майже вдвічі більшим ніж в звичайному транзисторі, і становить для кремнієвих транзисторів близько 1,2 — 1,4 В (не може бути меншим за подвоєне падіння напруги на p-n переході).
- Велика напруга (насичення) колектор-емітер, для кремнієвого транзистора складає близько 0,9 В (у порівнянні з 0,2 В у звичайних транзисторів) для малопотужних транзисторів і близько 2 В для транзисторів великої потужності (не може бути менше суми падіння напруги на p-n переході і падіння напруги на насиченому вхідному транзисторі).
Використання навантажувального резистора R1 дозволяє поліпшити деякі характеристики складеного транзистора. Величина резистора вибирається з таким розрахунком, щоб струм колектор-емітер транзистора VT1 в закритому стані створював на резисторі падіння напруги, недостатнє для відкриття транзистора VT2. Таким чином, струм витоку транзистора VT1 не посилюється транзистором VT2, тим самим зменшується загальний струм колектор-емітер складеного транзистора в закритому стані. Крім того, застосування резистора R1 сприяє збільшенню швидкодії складеного транзистора за рахунок форсування закриття транзистора VT2. Зазвичай опір R1 становить сотні Ом в потужному транзисторі Дарлінгтона і кілька кОм в малосигнальному транзисторі Дарлінгтона. Прикладом схеми з емітерним резистором служить потужний npn - транзистор Дарлінгтона типу 2N6282, його коефіцієнт підсилення за струмом дорівнює 4000 (типове значення) для колекторного струму, рівного 10 А.
Примітки
- На відміну від біполярних, польові транзистори не використовуються в складеному включенні. Об'єднувати польові транзистори немає необхідності, так як вони і без того мають надзвичайно малий вхідний струм. Однак існують схеми (наприклад, IGBT), де спільно застосовуються польові і біполярні транзистори. У певному сенсі, такі схеми також можна вважати складеними транзисторами
- Досягти підвищення значення коефіцієнта підсилення можна також зменшивши товщину бази, але це представляє певні технологічні труднощі.
- супербета (супер-β) транзисторами називають транзистори з надвеликим значенням коефіцієнта посилення за струмом, отриманим за рахунок малої товщини бази, а не за рахунок складеного включення. Прикладом таких транзисторів може служити серія КТ3102, КТ3107. Однак їх також можна об'єднувати за схемою Дарлінгтона. При цьому базовий струм зміщення можна зробити рівним всього лише 50 пА (прикладами таких схем служать операційні підсилювачі типу LM111 і LM316).
- Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем.
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Пер. с. англ. — Т. 1. — 50 000 прим. — .
Це незавершена стаття про електроніку. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Skla denij tranzi stor tranzistor Darlingtona ob yednannya dvoh chi bilshe bipolyarnih tranzistoriv z metoyu zbilshennya koeficiyenta pidsilennya za strumom Takij tranzistor vikoristovuyetsya u shemah sho pracyuyut z velikimi strumami napriklad v shemah stabilizatoriv naprugi vihidnih kaskadah pidsilyuvachiv potuzhnosti i u vhidnih kaskadah pidsilyuvachiv yaksho neobhidno zabezpechiti velikij vhidnij impedans Umovne poznachennya skladenogo tranzistora Skladenij tranzistor maye tri vivodi baza emiter i kolektor yaki ekvivalentni vivodam zvichajnogo odinochnogo tranzistora Koeficiyent pidsilennya za strumom tipovogo skladenogo tranzistora inodi pomilkovo zvanogo superbeta u potuzhnih tranzistoriv napriklad u KT825 b 1000 ta u malopotuzhnih tranzistoriv tipu KT3102 i t p b 50000 Ce oznachaye sho nevelikogo strumu bazi dostatno dlya togo shob skladenij tranzistor vidkrivsya Shema DarlingtonaPrincipova shema skladenogo tranzistora Darlingtona Odin z vidiv takogo tranzistora vinajshov inzhener elektrik Sidni Darlington Sidney Darlington Skladenij tranzistor ye kaskadnim z yednannyam dekilkoh tranzistoriv vklyuchenih takim chinom sho navantazhennyam na emiteri poperednogo kaskadu ye perehid baza emiter tranzistora nastupnogo kaskadu tobto tranzistori z yednuyutsya kolektorami a emiter vhidnogo tranzistora z yednuyetsya z bazoyu vihidnogo Krim togo u skladi shemi dlya priskorennya zakrivannya mozhe vikoristovuvatisya rezistivne navantazhennya pershogo tranzistora Take z yednannya v cilomu rozglyadayut yak odin tranzistor koeficiyent posilennya po strumu yakogo pri roboti tranzistoriv v aktivnomu rezhimi priblizno dorivnyuye dobutku koeficiyentiv posilennya pershogo i drugogo tranzistoriv bc b1 b2 displaystyle beta mathrm c beta 1 times beta 2 Pokazhemo sho skladenij tranzistor dijsno maye znachno bilshij koeficiyent b nizh u jogo oboh komponentiv Zadayuchi priroshennya dIb dIb1 otrimuyemo dIe1 1 b1 dIb dIb2 dIk dIk1 dIk2 b1dIb b2 1 b1 dIb Rozdilivshi dIk na dIb znahodimo rezultuyuchij diferencijnij koeficiyent peredachi bS b1 b2 b1b2 Oskilki zavzhdi b 1 displaystyle beta gg 1 mozhna vvazhati bS b1b2 Slid pidkresliti sho koeficiyenti b1 displaystyle beta 1 i b2 displaystyle beta 2 mozhut rozriznyatisya navit u razi odnotipnih tranzistoriv oskilki strum emitera Ie2 v 1 b2 raziv bilshe strumu emitera Ie1 ce viplivaye z ochevidnoyi rivnosti Ib2 Ie1 Shema ShiklayiKaskad Shiklayi ekvivalentna n p n tranzistoru Shozhoyu na shemu Darlingtona ye z yednannya tranzistoriv za shemoyu Shiklayi Sziklai pair sho nazvana tak na chest yiyi vinahidnika Dzhordzha K Shiklayi takozh inodi zvanoyu komplementarnim tranzistorom Darlingtona Na vidminu vid shemi Darlingtona sho skladayetsya z dvoh tranzistoriv odnogo tipu providnosti shema Shiklayi mistit tranzistori riznoyi providnosti PNP i NPN Para Shiklayi povodit sebe yak NPN tranzistor z velikim koeficiyentom pidsilennya Vhidna napruga ce napruga mizh bazoyu i emiterom tranzistora Q1 a napruga nasichennya dorivnyuye prinajmni padinnyu naprugi na diodi Mizh bazoyu i emiterom tranzistora Q2 rekomenduyetsya vklyuchati rezistor nevelikogo oporu Taka shema zastosovuyetsya u potuzhnih dvotaktnih vihidnih kaskadah pri vikoristanni vihidnih tranzistoriv odniyeyi providnosti Kaskodna shemaDokladnishe Kaskodnij pidsilyuvach Skladenij tranzistor vikonanij za tak zvanoyu kaskodnoyu shemoyu harakterizuyetsya tim sho tranzistor VT1 vklyuchenij za shemoyu iz zagalnim emiterom a tranzistor VT2 za shemoyu iz zagalnoyu bazoyu Takij skladenij tranzistor ekvivalentnij odinochnomu tranzistoru vklyuchenomu za shemoyu z zagalnim emiterom ale pri comu vin maye nabagato krashi chastotni vlastivosti j bilshu nespotvorenu potuzhnist v navantazhenni a takozh dozvolyaye znachno zmenshiti efekt Millera Perevagi i nedoliki skladenih tranzistorivVisoki znachennya koeficiyenta pidsilennya v skladenih tranzistorah realizuyutsya tilki v statichnomu rezhimi tomu skladeni tranzistori znajshli shiroke zastosuvannya u vhidnih kaskadah operacijnih pidsilyuvachiv U shemah na visokih chastotah skladeni tranzistori vzhe ne mayut takih perevag granichna chastota pidsilennya za strumom i shvidkodiya skladenih tranzistoriv menshi vid znachennya cih parametriv dlya kozhnogo z tranzistoriv VT1 i VT2 Perevagi skladenogo tranzistora Visokij koeficiyent pidsilennya za strumom Shema Darlingtona vigotovlyayetsya u viglyadi integralnih shem i pri odnakovomu strumi robocha poverhnya kremniyu mensha nizh u bipolyarnih tranzistoriv Taki shemi skladayut velikij interes na visokih naprugah Nedoliki skladenogo tranzistora Nizka shvidkodiya osoblivo perehodu z vidkritogo stanu v zakritij Z ciyeyi prichini skladeni tranzistori vikoristovuyutsya perevazhno v nizkochastotnih klyuchovih i pidsilyuvalnih shemah na visokih chastotah yih parametri girshi nizh u odinochnogo tranzistora Pryame padinnya naprugi na perehodi baza emiter v shemi Darlingtona majzhe vdvichi bilshim nizh v zvichajnomu tranzistori i stanovit dlya kremniyevih tranzistoriv blizko 1 2 1 4 V ne mozhe buti menshim za podvoyene padinnya naprugi na p n perehodi Velika napruga nasichennya kolektor emiter dlya kremniyevogo tranzistora skladaye blizko 0 9 V u porivnyanni z 0 2 V u zvichajnih tranzistoriv dlya malopotuzhnih tranzistoriv i blizko 2 V dlya tranzistoriv velikoyi potuzhnosti ne mozhe buti menshe sumi padinnya naprugi na p n perehodi i padinnya naprugi na nasichenomu vhidnomu tranzistori Vikoristannya navantazhuvalnogo rezistora R1 dozvolyaye polipshiti deyaki harakteristiki skladenogo tranzistora Velichina rezistora vibirayetsya z takim rozrahunkom shob strum kolektor emiter tranzistora VT1 v zakritomu stani stvoryuvav na rezistori padinnya naprugi nedostatnye dlya vidkrittya tranzistora VT2 Takim chinom strum vitoku tranzistora VT1 ne posilyuyetsya tranzistorom VT2 tim samim zmenshuyetsya zagalnij strum kolektor emiter skladenogo tranzistora v zakritomu stani Krim togo zastosuvannya rezistora R1 spriyaye zbilshennyu shvidkodiyi skladenogo tranzistora za rahunok forsuvannya zakrittya tranzistora VT2 Zazvichaj opir R1 stanovit sotni Om v potuzhnomu tranzistori Darlingtona i kilka kOm v malosignalnomu tranzistori Darlingtona Prikladom shemi z emiternim rezistorom sluzhit potuzhnij npn tranzistor Darlingtona tipu 2N6282 jogo koeficiyent pidsilennya za strumom dorivnyuye 4000 tipove znachennya dlya kolektornogo strumu rivnogo 10 A PrimitkiNa vidminu vid bipolyarnih polovi tranzistori ne vikoristovuyutsya v skladenomu vklyuchenni Ob yednuvati polovi tranzistori nemaye neobhidnosti tak yak voni i bez togo mayut nadzvichajno malij vhidnij strum Odnak isnuyut shemi napriklad IGBT de spilno zastosovuyutsya polovi i bipolyarni tranzistori U pevnomu sensi taki shemi takozh mozhna vvazhati skladenimi tranzistorami Dosyagti pidvishennya znachennya koeficiyenta pidsilennya mozhna takozh zmenshivshi tovshinu bazi ale ce predstavlyaye pevni tehnologichni trudnoshi superbeta super b tranzistorami nazivayut tranzistori z nadvelikim znachennyam koeficiyenta posilennya za strumom otrimanim za rahunok maloyi tovshini bazi a ne za rahunok skladenogo vklyuchennya Prikladom takih tranzistoriv mozhe sluzhiti seriya KT3102 KT3107 Odnak yih takozh mozhna ob yednuvati za shemoyu Darlingtona Pri comu bazovij strum zmishennya mozhna zrobiti rivnim vsogo lishe 50 pA prikladami takih shem sluzhat operacijni pidsilyuvachi tipu LM111 i LM316 Stepanenko I P Osnovy teorii tranzistorov i tranzistornyh shem Horovic P Hill U Iskusstvo shemotehniki V 3 h tomah Per s angl T 1 50 000 prim ISBN 5 03 002337 2 Ce nezavershena stattya pro elektroniku Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi