Kompozitni tranzistor (Darlingtonov i Sziklaijev sklop). Logički elementi integralne injekcijske logike

7.2 Tranzistor VT1

Kao tranzistor VT1 koristimo tranzistor KT339A s istom radnom točkom kao i za tranzistor VT2:

Uzmimo Rk = 100 (Ohm).

Izračunajmo parametre nadomjesnog kruga za dati tranzistor pomoću formula 5.1 - 5.13 i 7.1 - 7.3.

Sk(req)=Sk(pass)*=2×=1,41 (pF), gdje je

Sk(potrebni)-kapacitivnost kolektorskog spoja na danom Uke0,

Sk(pasp) je referentna vrijednost kapaciteta kolektora na Uke(pasp).

rb= =17,7 (Ohm); gb==0,057 (Cm), gdje je

rb-bazni otpor,

Referentna vrijednost konstante povratne sprege.

re= ==6,54 (Ohm), gdje je

otpor reemitera.

gbe===1,51(mS), gdje je

gbe-baza-emiter vodljivost,

Referentna vrijednost koeficijenta prijenosa statičke struje u krugu zajedničkog emitera.

Ce===0,803 (pF), gdje je

C je kapacitet emitera,

ft-referentna vrijednost granične frekvencije tranzistora pri kojoj je =1

Ri= =1000 (Ohm), gdje je

Ri je izlazni otpor tranzistora,

Uke0 (add), Ik0 (add) - nazivne vrijednosti dopuštenog napona na kolektoru i konstantne komponente struje kolektora.

– ulazni otpor i ulazni kapacitet stupnja opterećenja.

Gornja granična frekvencija je pod uvjetom da svaki stupanj ima 0,75 dB izobličenja. Ova vrijednost f zadovoljava tehničke specifikacije. Ispravak nije potreban.

7.2.1 Izračun sheme toplinske stabilizacije

Kao što je rečeno u paragrafu 7.1.1, u ovom pojačalu, toplinska stabilizacija emitera je najprihvatljivija jer je tranzistor KT339A male snage, a osim toga, stabilizaciju emitera je lako implementirati. Krug toplinske stabilizacije emitera prikazan je na slici 4.1.

Postupak izračuna:

1. Odaberite napon emitera, struju razdjelnika i napon napajanja;

2. Zatim ćemo izračunati.

Struja razdjelnika odabrana je tako da bude jednaka, gdje je struja baze tranzistora i izračunava se formulom:

Napon napajanja izračunava se pomoću formule: (V)

Vrijednosti otpornika izračunavaju se pomoću sljedećih formula:

8. Izobličenje uneseno ulaznim krugom

Shematski dijagram kaskadnog ulaznog kruga prikazan je na sl. 8.1.

Slika 8.1 - Shematski dijagram kaskadnog ulaznog kruga

Pod uvjetom da je ulazna impedancija kaskade aproksimirana paralelnim RC krugom, koeficijent prijenosa ulaznog kruga u području visokih frekvencija opisuje se izrazom:

– ulazni otpor i ulazni kapacitet kaskade.

Vrijednost ulaznog kruga izračunava se pomoću formule (5.13), gdje je vrijednost zamijenjena.

9. Izračun C f, R f, C r

Dijagram strujnog kruga pojačala sadrži četiri spojna kondenzatora i tri stabilizacijska kondenzatora. Tehničke specifikacije kažu da izobličenje ravnog vrha pulsa ne smije biti veće od 5%. Stoga bi svaki spojni kondenzator trebao iskriviti ravni vrh impulsa za najviše 0,71%.

Izobličenje ravnog vrha izračunava se pomoću formule:

gdje je τ i trajanje impulsa.

Izračunajmo τ n:

τ n i C p povezani su relacijom:

gdje je R l, R p - otpor lijevo i desno od kapacitivnosti.

Izračunajmo C r. Ulazni otpor prvog stupnja jednak je otporu paralelno spojenih otpora: ulaznog tranzistora, Rb1 i Rb2.

R p =R u ||R b1 ||R b2 =628 (Ohm)

Izlazni otpor prvog stupnja jednak je paralelnom spoju Rk i izlaznom otporu tranzistora Ri.

R l =Rk||Ri=90,3(Ohm)

R p =R u ||R b1 ||R b2 =620 (Ohm)

R l =Rk||Ri=444(Ohm)

R p =R u ||R b1 ||R b2 =48 (Ohm)

R l =Rk||Ri=71(Ohm)

R p =R n =75 (Ohm)

gdje je C p1 kondenzator za odvajanje između Rg i prve faze, C 12 - između prve i druge kaskade, C 23 - između druge i treće, C 3 - između završne faze i opterećenja. Postavljanjem svih ostalih spremnika na 479∙10 -9 F, osigurat ćemo pad koji je manji od potrebnog.

Izračunajmo R f i C f (U R F =1V):

10. Zaključak

U ovom predmetnom projektu razvijeno je impulsno pojačalo pomoću tranzistora 2T602A, KT339A i ima sljedeće tehničke karakteristike:

Gornja granična frekvencija 14 MHz;

Dobitak 64 dB;

Otpor generatora i opterećenja 75 Ohma;

Napon napajanja 18 V.

Strujni krug pojačala prikazan je na slici 10.1.

Slika 10.1 - Krug pojačala

Pri proračunu karakteristika pojačala korišten je sljedeći softver: MathCad, Work Bench.

Književnost

1. Poluvodički uređaji. Tranzistori srednje i velike snage: Imenik / A.A. Zaitsev, A.I. Mirkin, V.V. Mokrjakov i dr. Uredio A.V. Golomedova.-M.: Radio i komunikacija, 1989.-640 str.

2. Proračun visokofrekventnih korektivnih elemenata stupnjeva pojačala s bipolarnim tranzistorima. Obrazovni i metodološki priručnik o dizajnu kolegija za studente radiotehničkih specijalnosti / A.A. Titov, Tomsk: sv. država Sveučilište za sustave upravljanja i radioelektroniku, 2002. - 45 str.

Radi izravno. Radna linija prolazi kroz točke Uke=Ek i Ik=Ek÷Rn i siječe grafove izlaznih karakteristika (baznih struja). Kako bi se postigla najveća amplituda pri proračunu impulsnog pojačala, radna točka je odabrana bliže najnižem naponu budući da će završni stupanj imati negativan puls. Prema grafikonu izlaznih karakteristika (slika 1), pronađene su vrijednosti IKpost = 4,5 mA, ....

Izračun Sf, Rf, srijeda 10. Zaključak Literatura TEHNIČKI ZADATAK br. 2 za projektiranje kolegija iz discipline “Sklop nuklearnih elektrana” za studenta gr.180 Kurmanov B.A. Tema projekta: Pojačalo impulsa Otpor generatora Rg = 75 Ohm. Dobitak K = 25 dB. Trajanje impulsa 0,5 μs. Polaritet je "pozitivan". Koeficijent opterećenja 2. Vrijeme taloženja 25 ns. Pusti...

Da je za usklađivanje s otporom opterećenja potrebno ugraditi emiterski pratilac nakon stupnjeva pojačanja, nacrtajmo strujni krug pojačala: 2.2 Proračun statičkog načina rada pojačala Izračunavamo prvi stupanj pojačanja. Odaberemo radnu točku za prvi stupanj pojačala. Njegove karakteristike:...

Otpor izvora ulaznog signala, a time i promjena uvjeta optimalnosti tijekom ozračivanja ne dovodi do dodatnog povećanja šuma. Učinci zračenja u IOU. Utjecaj AI na IOU parametre. Integrirana operacijska pojačala (IOA) su visokokvalitetna precizna pojačala koja pripadaju klasi univerzalnih i višenamjenskih analognih...

Ako uzmemo npr. tranzistor MJE3055T ima maksimalnu struju od 10 A, a dobitak je samo oko 50; prema tome, da bi se potpuno otvorio, potrebno je pumpati oko dvjesto miliampera struje u bazu. Obični MK izlaz neće podnijeti toliko, ali ako između njih spojite slabiji tranzistor (nekakav BC337) koji može izvući ovih 200mA, onda je lako. Ali ovo je zato da on zna. Što ako morate napraviti sustav upravljanja od improviziranog smeća - dobro će vam doći.

U praksi, gotove sklopovi tranzistora. Izvana se ne razlikuje od konvencionalnog tranzistora. Isto tijelo, iste tri noge. Samo što ima veliku snagu, a upravljačka struja je mikroskopska :) U cjenicima se obično ne trude i pišu jednostavno - Darlingtonov tranzistor ili kompozitni tranzistor.

Na primjer par BDW93C(NPN) i BDW94S(PNP) Ovdje je njihova unutarnja struktura iz podatkovne tablice.

Štoviše, postoje Darlington sklopovi. Kada se nekoliko pakira u jedan paket odjednom. Nezamjenjiva stvar kada trebate upravljati snažnim LED zaslonom ili koračnim motorom (). Izvrstan primjer takve građe - vrlo popularan i lako dostupan ULN2003, sposoban povući do 500 mA za svaki od njegovih sedam sklopova. Izlazi su mogući uključiti paralelno za povećanje trenutnog ograničenja. Ukupno, jedan ULN može nositi čak 3,5 A kroz sebe ako su svi njegovi ulazi i izlazi paralelni. Ono što me veseli je što je izlaz nasuprot ulaza, vrlo je zgodno provući tablu ispod njega. Direktno.

Podatkovna tablica prikazuje unutarnju strukturu ovog čipa. Kao što vidite, ovdje postoje i zaštitne diode. Unatoč činjenici da su nacrtana kao da su operacijska pojačala, izlaz je ovdje tipa otvorenog kolektora. Odnosno, on može samo kratko spojiti sa zemljom. Što postaje jasno iz iste podatkovne tablice ako pogledate strukturu jednog ventila.

Na sl. Na slici 2.16 prikazana je shema logičkog elementa s induciranim kanalom tipa n (tzv. n MIS tehnologija). Glavni tranzistori VT 1 i VT 2 spojeni su u seriju, tranzistor VT 3 djeluje kao opterećenje. U slučaju kada je na oba ulaza elementa doveden visoki napon U 1 (x 1 = 1, x 2 = 1), oba tranzistora VT 1 i VT 2 su otvorena, a na izlazu je postavljen niski napon U 0. U svim drugim slučajevima, barem jedan od tranzistora VT 1 ili VT 2 je zatvoren i napon U 1 je postavljen na izlazu. Dakle, element izvodi logičku funkciju I-NE.

Na sl. Slika 2.17 prikazuje dijagram ILI-NE elementa. Niski napon U 0 postavlja se na njegov izlaz ako barem jedan od ulaza ima visoki napon U 1 , otvarajući jedan od glavnih tranzistora VT 1 i VT 2 .

Prikazano na sl. 2.18 dijagram je dijagram NOR-NOT elementa KMDP tehnologije. U njemu su tranzistori VT 1 i VT 2 glavni, tranzistori VT 3 i VT 4 su opterećenje. Neka je visoki napon U 1. U ovom slučaju, tranzistor VT 2 je otvoren, tranzistor VT 4 je zatvoren i, bez obzira na razinu napona na drugom ulazu i stanje preostalih tranzistora, na izlazu je postavljen niski napon U 0. Element implementira logičku operaciju ILI-NE.

CMPD sklop karakterizira vrlo niska potrošnja struje (a time i snage) iz izvora napajanja.

Logički elementi integralne injekcijske logike

Na sl. Na slici 2.19 prikazana je topologija logičkog elementa integralne injekcijske logike (I 2 L). Za stvaranje takve strukture potrebne su dvije faze difuzije u siliciju s n-tipom vodljivosti: tijekom prve faze nastaju područja p 1 i p 2, a tijekom druge faze nastaju područja n 2.

Element ima strukturu p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Pogodno je razmatrati takvu četveroslojnu strukturu zamišljajući je kao vezu dviju konvencionalnih troslojnih tranzistorskih struktura:

str 1 -n 1 -str 2 n 1 -str 2 -n 1

Dijagram koji odgovara ovom prikazu prikazan je na sl. 2.20, a. Razmotrimo rad elementa prema ovoj shemi.

Tranzistor VT 2 sa strukturom tipa n 1 -p 2 -n 1 obavlja funkcije pretvarača s nekoliko izlaza (svaki kolektor tvori zaseban izlaz elementa prema krugu otvorenog kolektora).

Tranzistor VT 2, tzv injektor, ima strukturu poput p 1 -n 1 -p 2 . Budući da je područje n 1 ovih tranzistora zajedničko, emiter tranzistora VT 2 mora biti spojen na bazu tranzistora VT 1; prisutnost zajedničkog područja p 2 dovodi do potrebe za povezivanjem baze tranzistora VT 2 s kolektorom tranzistora VT 1. Time se stvara veza između tranzistora VT 1 i VT 2, prikazanih na sl. 2.20a.

Budući da emiter tranzistora VT 1 ima pozitivan potencijal, a baza je na nultom potencijalu, emiterski spoj je prednapredan i tranzistor je otvoren.

Kolektorska struja ovog tranzistora može se zatvoriti ili kroz tranzistor VT 3 (inverter prethodnog elementa) ili kroz emiterski spoj tranzistora VT 2.

Ako je prethodni logički element u otvorenom stanju (tranzistor VT 3 je otvoren), tada na ulazu ovog elementa postoji niska razina napona, koja, djelujući na temelju VT 2, drži ovaj tranzistor u zatvorenom stanju. Struja injektora VT 1 zatvorena je kroz tranzistor VT 3. Kada je prethodni logički element zatvoren (tranzistor VT 3 je zatvoren), struja kolektora injektora VT 1 teče u bazu tranzistora VT 2, a ovaj tranzistor je postaviti u otvoreno stanje.

Dakle, kada je VT 3 zatvoren, tranzistor VT 2 je otvoren i, obrnuto, kada je VT 3 otvoren, tranzistor VT 2 je zatvoren. Otvoreno stanje elementa odgovara stanju log.0, a zatvoreno stanje odgovara stanju log.1.

Injektor je izvor istosmjerne struje (koja može biti zajednička skupini elemenata). Često koriste konvencionalnu grafičku oznaku elementa, prikazanu na sl. 2.21, b.

Na sl. Slika 2.21a prikazuje sklop koji implementira operaciju ILI-NE. Spajanje kolektora elemenata odgovara radu tzv instalacija I. Doista, dovoljno je da je barem jedan od elemenata u otvorenom stanju (stanje log.0), tada će struja injektora sljedećeg elementa biti zatvorena kroz otvoreni pretvarač i uspostavit će se niska razina log.0 na kombinirani izlaz elemenata. Posljedično, na ovom izlazu se formira vrijednost koja odgovara logičkom izrazu x 1 · x 2. Primjenom de Morganove transformacije na njega dolazimo do izraza x 1 · x 2 = . Dakle, ovo povezivanje elemenata stvarno implementira operaciju ILI-NE.

Logički elementi AND 2 L imaju sljedeće prednosti:

osigurati visok stupanj integracije; u izradi sklopova I 2 L koriste se isti tehnološki postupci kao i u proizvodnji integriranih sklopova na bipolarnim tranzistorima, ali je manji broj tehnoloških operacija i potrebnih fotomaski;

koristi se smanjeni napon (oko 1V);

pružiti mogućnost razmjene snage u širokom rasponu performansi (potrošnja energije može se promijeniti za nekoliko redova veličine, što će odgovarajuće dovesti do promjene performansi);

dobro se slažu s TTL elementima.

Na sl. Na slici 2.21b prikazan je dijagram prijelaza s elemenata I 2 L na element TTL.

Osnovni logički element niza je I-NE logički element. Na sl. Slika 2.3 prikazuje dijagrame tri početna NAND TTL elementa. Svi sklopovi sadrže tri glavna stupnja: tranzistorski ulaz VT1, implementacija logičke I funkcije; tranzistor za razdvajanje faza VT2 i push-pull izlazni stupanj.

Slika 2.3.a. Shematski prikaz osnovnog elementa serije K131

Princip rada logičkog elementa serije K131 (sl. 2.3.a) je sljedeći: kada se signal niske razine (0 - 0,4 V) primi na bilo koji od ulaza, spoj baza-emiter multi -emiterski tranzistor VT1 je usmjeren prema naprijed (otključan), a gotovo cijela struja koja teče kroz otpornik R1 je granana prema masi, zbog čega se VT2 zatvara i radi u režimu prekida. Struja koja teče kroz otpornik R2 zasićuje bazu tranzistora VT3. Tranzistori VT3 i VT4 spojeni prema Darlingtonovom krugu tvore kompozitni tranzistor, koji je sljedbenik emitera. Djeluje kao izlazni stupanj za pojačavanje snage signala. Na izlazu sklopa generira se signal visoke logičke razine.

Ako se na sve ulaze dovodi signal visoke razine, spoj baza-emiter višeemiterskog tranzistora VT1 je u zatvorenom načinu rada. Struja koja teče kroz otpornik R1 zasićuje bazu tranzistora VT1, zbog čega se tranzistor VT5 otključava i na izlazu kruga postavlja se razina logičke nule.

Budući da su u trenutku prebacivanja tranzistori VT4 i VT5 otvoreni i kroz njih teče velika struja, u krug se uvodi ograničavajući otpornik R5.

VT2, R2 i R3 tvore kaskadu za razdvajanje faza. Potrebno je uključiti izlazne n-p-n tranzistore jedan po jedan. Kaskada ima dva izlaza: kolektor i emiter, signali na kojima su antifazni.

Diode VD1 - VD3 su zaštita od negativnih impulsa.

Slika 2.3.b, c. Shematski dijagrami osnovnih elemenata serije K155 i K134

U mikro krugovima serije K155 i K134, izlazni stupanj je izgrađen na nekompozitnom repetitoru (samo tranzistor VT3) i tranzistor koji se može zasićiti VT5 uz uvođenje diode za pomak razine VD4(Slika 2.3, b, c). Posljednja dva stupnja čine složeni pretvarač koji implementira operaciju logičkog NE. Ako uvedete dva stupnja razdvajanja faza, tada se implementira funkcija ILI-NE.

Na sl. 2.3, i prikazuje osnovni logički element serije K131 (strani analogni - 74N). Osnovni element serije K155 (strani analog - 74) prikazan je na sl. 2.3, b, a na sl. 2.3, c - element serije K134 (strani analogni - 74L). Sada ove serije praktički nisu razvijene.

TTL mikrosklopovi početnog razvoja počeli su se aktivno zamjenjivati ​​TTLSh mikrosklopovima, koji u svojoj unutarnjoj strukturi imaju spojeve sa Schottkyjevom barijerom. Tranzistor Schottkyjevog spoja (Schottky tranzistor) temelji se na dobro poznatom krugu nezasićene tranzistorske sklopke (sl. 2.4.a).

Slika 2.4. Objašnjenje principa dobivanja strukture sa Schottkyjevim prijelazom:
a - nezasićeni tranzistorski prekidač; b - tranzistor sa Schottky diodom; c - simbol Schottkyjevog tranzistora.

Kako tranzistor ne bi ušao u zasićenje, između kolektora i baze spojena je dioda. Korištenje povratne diode za uklanjanje zasićenja tranzistora prvi je predložio B. N. Kononov.Međutim, u ovom slučaju može se povećati na 1 V. Idealna dioda je dioda s Schottkyjevom barijerom. To je kontakt između metala i slabo dopiranog n-poluvodiča. U metalu su samo neki elektroni slobodni (oni izvan valentne zone). U poluvodiču slobodni elektroni postoje na vodljivoj granici koja nastaje dodavanjem atoma nečistoće. U nedostatku prednapona, broj elektrona koji prelaze barijeru s obje strane je isti, tj. nema struje. Kada su usmjereni prema naprijed, elektroni imaju energiju da prijeđu potencijalnu barijeru i prođu u metal. Kako se prednapon povećava, širina barijere se smanjuje i struja prema naprijed brzo raste.

Kada su obrnuti prednaponi, elektroni u poluvodiču zahtijevaju više energije da prevladaju potencijalnu barijeru. Za elektrone u metalu, potencijalna barijera ne ovisi o prednaponu, pa teče mala reverzna struja, koja ostaje praktički konstantna sve dok se ne dogodi lavinski proboj.

Struja u Schottky diodama određena je većinskim nositeljima, tako da je veća pri istom prednaprezanju i stoga je pad napona prema naprijed na Schottky diodi manji nego na konvencionalnom p-n spoju pri danoj struji. Dakle, Schottky dioda ima napon praga otvaranja reda veličine (0,2-0,3) V, za razliku od napona praga konvencionalne silicijske diode od 0,7 V, i značajno smanjuje životni vijek manjinskih nositelja u poluvodiču.

U dijagramu na Sl. 2.4, b tranzistor VT1 se čuva od odlaska u zasićenje pomoću Shatky diode s niskim pragom otvaranja (0,2...0,3) V, tako da će se napon malo povećati u usporedbi sa zasićenim tranzistorom VT1. Na sl. 2.4, c prikazuje krug s "Schottky tranzistorom". Na temelju Schottky tranzistora proizvedeni su mikro krugovi dvije glavne serije TTLSh (Sl. 2.5)

Na sl. 2.5, i prikazuje dijagram logičkog elementa velike brzine koji se koristi kao osnova mikro krugova serije K531 (strani analog - 74S), (S je početno slovo prezimena njemačkog fizičara Schottkyja). U ovom elementu, emiterski krug kaskade za razdvajanje faza napravljen na tranzistoru VT2, generator struje je uključen - tranzistor VT6 s otpornicima R4 I R5. To vam omogućuje povećanje performansi logičkog elementa. Inače, ovaj logički element sličan je osnovnom elementu serije K131. Međutim, uvođenje Schottkyjevih tranzistora omogućilo je smanjenje tzd.r udvostručen.

Na sl. 2.5, b prikazuje dijagram osnovnog logičkog elementa serije K555 (strani analogni - 74LS). U ovom krugu umjesto višeemiterskog tranzistora na ulazu se koristi matrica Schottky dioda. Uvođenje Shatky dioda eliminira nakupljanje viška baznih naboja, koji povećavaju vrijeme isključivanja tranzistora, i osigurava stabilnost vremena prebacivanja u temperaturnom rasponu.

Otpornik R6 gornjeg kraka izlaznog stupnja stvara potrebni napon na bazi tranzistora VT3 da ga otvorim. Za smanjenje potrošnje energije kada su vrata zatvorena (), otpornik R6 spojite ne na zajedničku sabirnicu, već na izlaz elementa.

Dioda VD7, spojen u seriju s R6 a paralelno s otpornikom opterećenja kolektora kaskade za odvajanje faza R2, omogućuje vam smanjenje kašnjenja uključivanja kruga korištenjem dijela energije pohranjene u kapacitetu opterećenja za povećanje struje kolektora tranzistora VT1 u prijelaznom načinu rada.

Tranzistor VT3 je izveden bez Schottky dioda, jer radi u aktivnom načinu rada (emiterski pratilac).

Kompozitni tranzistor (Darlingtonov tranzistor) - kombiniranje dva ili više bipolarnih tranzistora za povećanje strujnog dobitka. Takav se tranzistor koristi u krugovima koji rade s velikim strujama (na primjer, u krugovima stabilizatora napona, izlaznim stupnjevima pojačala snage) iu 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 jednostrukog tranzistora. Strujni dobitak tipičnog složenog tranzistora (ponekad se pogrešno naziva "superbeta") je ≈ 1000 za tranzistore velike snage i ≈ 50 000 za tranzistore male snage. To znači da je mala bazna struja dovoljna za uključivanje složenog tranzistora.

Za razliku od bipolarnih tranzistora, tranzistori s efektom polja se ne koriste u kompozitnom spoju. Nema potrebe kombinirati tranzistore s efektom polja, jer oni već imaju izuzetno nisku ulaznu struju. Međutim, postoje sklopovi (na primjer, bipolarni tranzistor s izoliranim vratima) gdje se tranzistori s efektom polja i bipolarni tranzistori koriste zajedno. U određenom smislu, takvi se sklopovi također mogu smatrati kompozitnim tranzistorima. Isto za kompozitni tranzistorMoguće je povećati vrijednost dobitka smanjenjem debljine podloge, ali to predstavlja određene tehnološke poteškoće.

Primjer superbeta (super-β)tranzistori se mogu koristiti u seriji KT3102, KT3107. Međutim, oni se također mogu kombinirati pomoću Darlingtonove sheme. U ovom slučaju, struja prednapona baze može biti jednaka samo 50 pA (primjeri takvih krugova su operacijska pojačala kao što su LM111 i LM316).

Fotografija tipičnog pojačala koje koristi kompozitne tranzistore

kola Darlington

Jednu vrstu takvog tranzistora izumio je inženjer elektrotehnike Sidney Darlington.

Shema kompozitnog tranzistora

Sastavljeni tranzistor je kaskadni spoj više tranzistora povezanih na način da je opterećenje u emiteru prethodnog stupnja prijelaz baza-emiter tranzistora sljedećeg stupnja, odnosno da su tranzistori spojeni kolektorima, a emiter ulaznog tranzistora spojen je na bazu izlaznog tranzistora. Osim toga, otporno opterećenje prvog tranzistora može se koristiti kao dio kruga za ubrzavanje zatvaranja. Takav spoj u cjelini smatra se jednim tranzistorom, čiji je trenutni dobitak, kada tranzistori rade u aktivnom načinu rada, približno jednak umnošku dobitaka prvog i drugog tranzistora:

β s = β 1 ∙ β 2

Pokažimo da kompozitni tranzistor zapravo ima koeficijentβ , znatno veći od obje njegove komponente. Postavljanje inkrementadlb= dlb1, dobivamo:

dle1 = (1 + β 1) ∙ dlb= dlb2

dlDo= dlk1+ dlk2= β 1 ∙ dlb+ β 2 ∙ ((1 + β 1) ∙ dlb)

Dijeljenje dl za na dlb, nalazimo rezultirajući diferencijalni koeficijent prijenosa:

β Σ = β 1 + β 2 + β 1 ∙ β 2

Jer uvijekβ >1 , moglo bi se smatrati:

β Σ = β 1 ∙ β 1

Treba naglasiti da koeficijentiβ 1 I β 1 mogu se razlikovati čak i u slučaju tranzistora istog tipa, budući da je struja emiteraI e2 V 1 + β 2puta struja emiteraja e1(ovo proizlazi iz očite jednakostiI b2 = I e1).

Siklai shema

Darlingtonov par sličan je Sziklaijevoj tranzistorskoj vezi, nazvanoj po svom izumitelju Georgeu Sziklaiju, a ponekad se naziva i komplementarni Darlingtonov tranzistor. Za razliku od Darlingtonovog kruga, koji se sastoji od dva tranzistora iste vrste vodljivosti, Sziklaijev krug sadrži tranzistore različitih polariteta ( p – n – p i n – p – n ). Bračni par Siklai ponaša se kao n–p–n -tranzistor s velikim pojačanjem. Ulazni napon je napon između baze i emitera tranzistora Q1, a napon zasićenja jednak je najmanje padu napona na diodi. Preporuča se 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 prijelaz

Kaskodni sklop

Kompozitni tranzistor, izrađen prema takozvanom kaskodnom krugu, karakterizira činjenica da je tranzistor VT1 spojen u krug sa zajedničkim emiterom, a tranzistor VT2 u krug sa zajedničkom bazom. Takav kompozitni tranzistor ekvivalentan je jednom tranzistoru spojenom u krug sa zajedničkim emiterom, ali ima mnogo bolja frekvencijska svojstva i veću neiskrivljenu snagu u opterećenju, a također može značajno smanjiti Millerov učinak (povećanje ekvivalentnog kapaciteta invertirajući element pojačala zbog povratne sprege s izlaza na ulaz ovog elementa kada je isključen).

Prednosti i nedostaci kompozitnih tranzistora

Visoke vrijednosti pojačanja u kompozitnim tranzistorima ostvaruju se samo u statičkom načinu rada, tako da se kompozitni tranzistori široko koriste u ulaznim stupnjevima operacijskih pojačala. U krugovima na visokim frekvencijama, kompozitni tranzistori više nemaju takve prednosti - granična frekvencija strujnog pojačanja i brzina rada kompozitnih tranzistora manja je od istih parametara za svaki od tranzistora VT1 i VT2.

Prednosti:

A)Visoko pojačanje struje.

b)Darlingtonov sklop se proizvodi u obliku integriranih krugova i, pri istoj struji, radna površina silicija je manja nego kod bipolarnih tranzistora. Ovi su sklopovi od velikog interesa pri visokim naponima.

Mane:

A)Niske performanse, osobito prijelaz iz otvorenog u zatvoreno stanje. Zbog toga se kompozitni tranzistori koriste prvenstveno u niskofrekventnim ključevima i krugovima pojačala; na visokim frekvencijama njihovi su parametri lošiji od onih jednog tranzistora.

b)Pad napona prema naprijed na spoju baza-emiter u Darlingtonovom krugu gotovo je dvostruko veći nego u konvencionalnom tranzistoru, a za silicijske tranzistore iznosi oko 1,2 - 1,4 V (ne može biti manji od dvostrukog pada napona na p-n spoju) .

V)Visoki napon zasićenja kolektor-emiter, za silicijski tranzistor oko 0,9 V (u usporedbi s 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).

Korištenje otpornika opterećenja R1 omogućuje vam poboljšanje nekih karakteristika kompozitnog tranzistora. Vrijednost otpornika je odabrana na takav način da struja kolektor-emiter tranzistora VT1 u zatvorenom stanju stvara pad napona na otporniku koji nije dovoljan 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 povećati brzinu kompozitnog tranzistora prisiljavajući zatvaranje tranzistora VT2. Tipično, otpor R1 je stotine ohma u Darlington tranzistoru velike snage i nekoliko kOhma u Darlington tranzistoru slabog signala. Primjer kruga s emiterskim otpornikom je snažan n-p-n Darlingtonov tranzistor tipa KT825, njegov strujni dobitak je 10 000 (tipična vrijednost) za struju kolektora od 10 A.