Tranzistor compozit (circuit Darlington și Sziklai). Elemente logice ale logicii injectiei integrale

7.2 Tranzistor VT1

Ca tranzistor VT1 folosim tranzistorul KT339A cu același punct de funcționare ca și pentru tranzistorul VT2:

Să luăm Rk = 100 (Ohm).

Să calculăm parametrii circuitului echivalent pentru un anumit tranzistor folosind formulele 5.1 - 5.13 și 7.1 - 7.3.

Sk(req)=Sk(trece)*=2×=1,41 (pF), unde

Capacitatea Sk(necesară) a joncțiunii colectorului la un anumit Uke0,

Sk(pasp) este o valoare de referință a capacității colectorului la Uke(pasp).

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

rezistența rb-bază,

Valoarea de referință a constantei buclei de feedback.

rе= ==6,54 (Ohm), unde

rezistența la reemițător.

gbe===1,51(mS), unde

conductivitate gbe-base-emitter,

Valoarea de referință a coeficientului de transfer de curent static într-un circuit emițător comun.

Ce===0,803 (pF), unde

C este capacitatea emițătorului,

valoarea de referință ft a frecvenței de tăiere a tranzistorului la care =1

Ri= =1000 (Ohm), unde

Ri este rezistența de ieșire a tranzistorului,

Uke0(add), Ik0(add) - respectiv, valorile de pe plăcuța de identificare ale tensiunii admisibile pe colector și componenta constantă a curentului colectorului.

– rezistența de intrare și capacitatea de intrare a treptei de încărcare.

Frecvența limită superioară este prevăzută ca fiecare treaptă să aibă o distorsiune de 0,75 dB. Această valoare a lui f satisface specificațiile tehnice. Nu este necesară nicio corecție.

7.2.1 Calculul schemei de stabilizare termică

După cum s-a spus în paragraful 7.1.1, în acest amplificator, stabilizarea termică a emițătorului este cea mai acceptabilă, deoarece tranzistorul KT339A este de putere redusă și, în plus, stabilizarea emițătorului este ușor de implementat. Circuitul de stabilizare termică a emițătorului este prezentat în Figura 4.1.

Procedura de calcul:

1. Selectați tensiunea emițătorului, curentul divizorului și tensiunea de alimentare;

2. Apoi vom calcula.

Curentul divizorului este ales să fie egal cu, unde este curentul de bază al tranzistorului și se calculează prin formula:

Tensiunea de alimentare se calculează folosind formula: (V)

Valorile rezistoarelor sunt calculate folosind următoarele formule:

8. Distorsiunea introdusă de circuitul de intrare

O diagramă schematică a circuitului de intrare în cascadă este prezentată în Fig. 8.1.

Figura 8.1 - Schema schematică a circuitului de intrare în cascadă

Cu condiția ca impedanța de intrare a cascadei să fie aproximată printr-un circuit RC paralel, coeficientul de transmisie al circuitului de intrare în regiunea de înaltă frecvență este descris prin expresia:

– rezistența de intrare și capacitatea de intrare a cascadei.

Valoarea circuitului de intrare este calculată folosind formula (5.13), unde valoarea este înlocuită.

9. Calculul C f, R f, C r

Schema circuitului amplificatorului conține patru condensatoare de cuplare și trei condensatoare de stabilizare. Specificațiile tehnice spun că distorsiunea vârfului plat al pulsului nu trebuie să fie mai mare de 5%. Prin urmare, fiecare condensator de cuplare ar trebui să distorsioneze partea superioară plată a pulsului cu cel mult 0,71%.

Distorsiunea în partea superioară plată este calculată folosind formula:

unde τ și este durata pulsului.

Să calculăm τ n:

τ n și C p sunt legate prin relația:

unde R l, R p - rezistența la stânga și la dreapta capacității.

Să calculăm C r. Rezistența de intrare a primei trepte este egală cu rezistența rezistențelor conectate în paralel: tranzistor de intrare, Rb1 și Rb2.

R p =R în ||R b1 ||R b2 =628(Ohm)

Rezistența de ieșire a primei trepte este egală cu conexiunea paralelă Rк și rezistența de ieșire a tranzistorului Ri.

R l =Rк||Ri=90,3(Ohm)

R p =R în ||R b1 ||R b2 =620(Ohm)

R l =Rк||Ri=444(Ohm)

R p =R în ||R b1 ||R b2 =48(Ohm)

R l =Rк||Ri=71(Ohm)

R p =R n =75(Ohm)

unde C p1 este condensatorul de separare dintre Rg și prima treaptă, C 12 - între prima și a doua cascadă, C 23 - între a doua și a treia, C 3 - între etapa finală și sarcină. Prin plasarea tuturor celorlalte containere la 479∙10 -9 F, vom asigura o scădere mai mică decât este necesar.

Să calculăm R f și C f (U R Ф =1V):

10. Concluzie

În acest proiect de curs, a fost dezvoltat un amplificator de impulsuri folosind tranzistoarele 2T602A, KT339A și are următoarele caracteristici tehnice:

Frecvența limită superioară 14 MHz;

Câștig 64 dB;

Rezistenta generator si sarcina 75 Ohm;

Tensiune de alimentare 18 V.

Circuitul amplificatorului este prezentat în Figura 10.1.

Figura 10.1 - Circuitul amplificator

La calcularea caracteristicilor amplificatorului s-a folosit următorul software: MathCad, Work Bench.

Literatură

1. Dispozitive semiconductoare. Tranzistoare de putere medie și mare: Director / A.A. Zaitsev, A.I. Mirkin, V.V. Mokryakov și alții Editat de A.V. Golomedova.-M.: Radio şi Comunicare, 1989.-640 p.

2. Calculul elementelor de corecție de înaltă frecvență a treptelor de amplificare folosind tranzistoare bipolare. Manual educațional și metodologic de proiectare a cursurilor pentru studenții specialităților inginerie radio / A.A. Titov, Tomsk: Vol. stat Universitatea de Sisteme de Control și Radioelectronică, 2002. - 45 p.

Lucrează direct. Linia de lucru trece prin punctele Uke=Ek și Ik=Ek÷Rn și intersectează graficele caracteristicilor de ieșire (curenți de bază). Pentru a obține cea mai mare amplitudine la calcularea unui amplificator de impuls, punctul de funcționare a fost ales mai aproape de cea mai mică tensiune, deoarece etapa finală va avea un impuls negativ. Conform graficului caracteristicilor de ieșire (Fig. 1), au fost găsite valorile IKpost = 4,5 mA, ....

Calcul Sf, Rf, Mier. 10. Concluzie Literatură TERCĂ TEHNICĂ Nr.2 pentru proiectarea cursului la disciplina „Circuitare centrale nucleare” pentru student gr. 180 Kurmanov B.A. Tema proiectului: Amplificator de impulsuri Rezistența generatorului Rg = 75 Ohm. Câștig K = 25 dB. Durata impulsului 0,5 μs. Polaritatea este „pozitivă”. Raport de funcționare 2. Timp de stabilire 25 ns. Eliberare...

Că pentru a se potrivi cu rezistența de sarcină este necesară instalarea unui follower emițător după etapele de amplificare, să desenăm circuitul amplificatorului: 2.2 Calculul modului static al amplificatorului Calculăm prima treaptă de amplificare. Selectăm punctul de funcționare pentru prima treaptă a amplificatorului. Caracteristicile sale:...

Rezistența sursei semnalului de intrare și, prin urmare, modificarea condiției de optimitate în timpul iradierii nu duce la o creștere suplimentară a zgomotului. Efectele radiațiilor în IOU. Impactul AI asupra parametrilor IOU. Amplificatoarele operaționale integrate (IOA) sunt amplificatoare de precizie de înaltă calitate care aparțin clasei analogice universale și multifuncționale...

Dacă luăm, de exemplu, un tranzistor MJE3055T are un curent maxim de 10A, iar câștigul este de numai aproximativ 50; în consecință, pentru a se deschide complet, trebuie să pompeze aproximativ două sute de miliamperi de curent în bază. O ieșire MK obișnuită nu va face față atât de mult, dar dacă conectați un tranzistor mai slab între ele (un fel de BC337) capabil să tragă acești 200mA, atunci este ușor. Dar asta pentru ca el să știe. Ce se întâmplă dacă trebuie să faci un sistem de control din gunoi improvizat - va fi la îndemână.

În practică, gata făcut ansambluri de tranzistori. În exterior, nu este diferit de un tranzistor convențional. Același corp, aceleași trei picioare. Doar că are multă putere, iar curentul de control este microscopic :) În listele de prețuri, de obicei, nu se deranjează și scriu simplu - un tranzistor Darlington sau un tranzistor compozit.

De exemplu un cuplu BDW93C(NPN) și BDW94С(PNP) Iată structura lor internă din fișa de date.

Mai mult, există adunările Darlington. Când mai multe sunt ambalate într-un singur pachet deodată. Un lucru indispensabil atunci când trebuie să direcționați un afișaj LED puternic sau un motor pas cu pas (). Un exemplu excelent de astfel de construcție - foarte popular și ușor de disponibil ULN2003, capabil să tragă până la 500 mA pentru fiecare dintre cele șapte ansambluri ale sale. Ieșirile sunt posibile include în paralel pentru a crește limita de curent. În total, un ULN poate transporta până la 3,5 A prin el însuși dacă toate intrările și ieșirile sale sunt paralelizate. Ceea ce mă bucură este că ieșirea este vizavi de intrare, este foarte convenabil să direcționezi placa sub ea. Direct.

Fișa de date arată structura internă a acestui cip. După cum puteți vedea, aici există și diode de protecție. În ciuda faptului că sunt desenate ca și cum ar fi amplificatoare operaționale, ieșirea aici este de tip open collector. Adică poate doar scurtcircuita la sol. Ce devine clar din aceeași fișă de date dacă vă uitați la structura unei supape.

În fig. Figura 2.16 prezintă o diagramă a unui element logic cu un canal indus de tip n (așa-numita tehnologie n MIS). Tranzistoarele principale VT 1 și VT 2 sunt conectate în serie, tranzistorul VT 3 acționează ca sarcină. În cazul în care se aplică o tensiune înaltă U 1 la ambele intrări ale elementului (x 1 = 1, x 2 = 1), ambele tranzistoare VT 1 și VT 2 sunt deschise și o tensiune joasă U 0 este setată la ieșire. În toate celelalte cazuri, cel puțin unul dintre tranzistoarele VT1 sau VT2 este închis și tensiunea U1 este setată la ieșire. Astfel, elementul îndeplinește funcția logică ȘI-NU.

În fig. Figura 2.17 prezintă o diagramă a elementului SAU-NU. O tensiune joasă U 0 este setată la ieşirea sa dacă cel puţin una dintre intrări are o tensiune mare U 1 , deschizând unul dintre tranzistoarele principale VT 1 şi VT 2 .

Arată în Fig. Diagrama 2.18 este o diagramă a elementului NOR-NOT al tehnologiei KMDP. În ea, tranzistoarele VT 1 și VT 2 sunt cele principale, tranzistoarele VT 3 și VT 4 sunt cele de sarcină. Fie tensiunea înaltă U 1. În acest caz, tranzistorul VT 2 este deschis, tranzistorul VT 4 este închis și, indiferent de nivelul de tensiune la cealaltă intrare și de starea tranzistoarelor rămase, la ieșire este setată o tensiune joasă U 0. Elementul implementează operația logică SAU-NU.

Circuitul CMPD se caracterizează printr-un consum de curent foarte scăzut (și, prin urmare, putere) de la sursele de alimentare.

Elemente logice ale logicii injecției integrale

În fig. Figura 2.19 prezintă topologia elementului logic al logicii de injecție integrală (I 2 L). Pentru a crea o astfel de structură, sunt necesare două faze de difuzie în siliciu cu conductivitate de tip n: în prima fază se formează regiunile p 1 și p 2, iar în cea de-a doua fază se formează regiunile n 2.

Elementul are structura p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Este convenabil să luăm în considerare o astfel de structură cu patru straturi imaginându-l ca o conexiune a două structuri convenționale de tranzistori cu trei straturi:

p 1 -n 1 -p 2 n 1 -p 2 -n 1

Diagrama corespunzătoare acestei reprezentări este prezentată în Fig. 2.20, a. Să luăm în considerare funcționarea elementului conform acestei scheme.

Tranzistorul VT 2 cu o structură de tip n 1 -p 2 -n 1 îndeplinește funcțiile unui invertor cu mai multe ieșiri (fiecare colector formează o ieșire separată a unui element conform unui circuit colector deschis).

Tranzistorul VT 2, numit injector, are o structură ca p 1 -n 1 -p 2 . Deoarece aria n 1 a acestor tranzistoare este comună, emiţătorul tranzistorului VT 2 trebuie conectat la baza tranzistorului VT 1; prezența unei zone comune p 2 duce la necesitatea conectării bazei tranzistorului VT 2 cu colectorul tranzistorului VT 1. Aceasta creează o conexiune între tranzistoarele VT 1 și VT 2, prezentate în Fig. 2.20a.

Deoarece emițătorul tranzistorului VT 1 are un potențial pozitiv și baza este la potențial zero, joncțiunea emițătorului este polarizată direct și tranzistorul este deschis.

Curentul colector al acestui tranzistor poate fi închis fie prin tranzistorul VT 3 (invertorul elementului anterior), fie prin joncțiunea emițătorului tranzistorului VT 2.

Dacă elementul logic anterior este în stare deschisă (tranzistorul VT 3 este deschis), atunci la intrarea acestui element există un nivel de tensiune scăzut, care, acționând pe baza VT 2, menține acest tranzistor în stare închisă. Curentul injectorului VT 1 este închis prin tranzistorul VT 3. Când elementul logic anterior este închis (tranzistorul VT 3 este închis), curentul colector al injectorului VT 1 curge în baza tranzistorului VT 2, iar acest tranzistor este setat la starea deschisă.

Astfel, când VT 3 este închis, tranzistorul VT 2 este deschis şi, invers, când VT 3 este deschis, tranzistorul VT 2 este închis. Starea deschisă a elementului corespunde stării log.0, iar starea închisă corespunde stării log.1.

Injectorul este o sursă de curent continuu (care poate fi comună unui grup de elemente). Adesea folosesc denumirea grafică convențională a unui element, prezentată în Fig. 2.21, b.

În fig. Figura 2.21a prezintă un circuit care implementează operația SAU-NU. Conexiunea colectoarelor de elemente corespunde funcționării așa-numitelor instalatia I. Într-adevăr, este suficient ca cel puțin unul dintre elemente să fie în starea deschisă (starea log.0), atunci curentul de injector al următorului element va fi închis prin invertorul deschis și se va stabili un nivel scăzut de log.0 la ieșirea combinată a elementelor. În consecință, la această ieșire se formează o valoare corespunzătoare expresiei logice x 1 · x 2. Aplicarea transformării lui de Morgan conduce la expresia x 1 · x 2 = . Prin urmare, această conexiune de elemente implementează cu adevărat operația SAU-NU.

Elementele logice ȘI 2 L au următoarele avantaje:

asigura un grad ridicat de integrare; la fabricarea circuitelor I 2 L se folosesc aceleasi procese tehnologice ca si la producerea circuitelor integrate pe tranzistoare bipolare, dar numarul operatiilor tehnologice si a fotomastilor necesare este mai mic;

se folosește o tensiune redusă (aproximativ 1V);

oferă capacitatea de a schimba puterea pe o gamă largă de performanțe (consumul de energie poate fi modificat cu mai multe ordine de mărime, ceea ce va duce în mod corespunzător la o schimbare a performanței);

sunt în acord bun cu elementele TTL.

În fig. Figura 2.21b prezintă o diagramă a tranziției de la elementele I 2 L la elementul TTL.

Elementul logic de bază al seriei este elementul logic ȘI-NU. În fig. Figura 2.3 prezintă diagrame ale celor trei elemente inițiale NAND TTL. Toate circuitele conțin trei etape principale: intrarea tranzistorului VT1, implementând funcția logică AND; tranzistor de separare a fazelor VT2și o etapă de ieșire push-pull.

Fig 2.3.a. Schema schematică a elementului de bază al seriei K131

Principiul de funcționare al elementului logic al seriei K131 (Fig. 2.3.a) este următorul: atunci când un semnal de nivel scăzut (0 - 0,4V) este recepționat la oricare dintre intrări, joncțiunea bază-emițător a multiplă. -tranzistorul emițător VT1 este polarizat înainte (deblocat), iar aproape întregul curent care trece prin rezistorul R1 este ramificat la masă, drept urmare VT2 se închide și funcționează în modul de întrerupere. Curentul care trece prin rezistorul R2 saturează baza tranzistorului VT3. Tranzistoarele VT3 și VT4 conectate conform circuitului Darlington formează un tranzistor compozit, care este un adept de emițător. Funcționează ca o etapă de ieșire pentru a amplifica puterea semnalului. Un semnal de nivel logic ridicat este generat la ieșirea circuitului.

Dacă la toate intrările este furnizat un semnal de nivel înalt, joncțiunea bază-emițător a tranzistorului multi-emițător VT1 este în modul închis. Curentul care trece prin rezistorul R1 saturează baza tranzistorului VT1, drept urmare tranzistorul VT5 este deblocat și un nivel logic zero este setat la ieșirea circuitului.

Deoarece în momentul comutării tranzistoarelor VT4 și VT5 sunt deschise și un curent mare trece prin ele, un rezistor limitator R5 este introdus în circuit.

VT2, R2 și R3 formează o cascadă de separare a fazelor. Este necesar să porniți unul câte unul tranzistoarele de ieșire n-p-n. Cascada are două ieșiri: colector și emițător, semnalele pe care sunt antifazate.

Diodele VD1 - VD3 sunt de protecție împotriva impulsurilor negative.

Fig 2.3.b, c. Scheme schematice ale elementelor de bază ale seriei K155 și K134

În microcircuite din seriile K155 și K134, treapta de ieșire este construită pe un repetor non-compozit (doar un tranzistor VT3) și un tranzistor saturabil VT5 cu introducerea unei diode cu deplasare de nivel VD4(Fig. 2.3, b, c). Ultimele două etape formează un invertor complex care implementează operația logică NOT. Dacă introduceți două etape de separare a fazelor, atunci funcția SAU-NU este implementată.

În fig. 2.3 și arată elementul logic de bază al seriei K131 (analogic străin - 74N). Elementul de bază al seriei K155 (analogic străin - 74) este prezentat în Fig. 2.3, b, a din fig. 2.3, c - element din seria K134 (analogic străin - 74L). Acum aceste serii practic nu sunt dezvoltate.

Microcircuitele TTL ale dezvoltării inițiale au început să fie înlocuite în mod activ de microcircuite TTLSh, care au joncțiuni cu o barieră Schottky în structura lor internă. Tranzistorul de joncțiune Schottky (tranzistorul Schottky) se bazează pe circuitul binecunoscut al unui comutator cu tranzistor nesaturat (Fig. 2.4.a).

Figura 2.4. Explicația principiului obținerii unei structuri cu o tranziție Schottky:
a - comutator tranzistor nesaturat; b - tranzistor cu o diodă Schottky; c - simbol al tranzistorului Schottky.

Pentru a preveni intrarea tranzistorului în saturație, o diodă este conectată între colector și bază. Utilizarea unei diode de feedback pentru a elimina saturația tranzistorului a fost propusă pentru prima dată de B. N. Kononov.Cu toate acestea, în acest caz, poate crește la 1 V. Dioda ideală este o diodă de barieră Schottky. Este un contact format între un metal și un n-semiconductor ușor dopat. Într-un metal, doar unii dintre electroni sunt liberi (cei din afara zonei de valență). Într-un semiconductor, electronii liberi există la limita de conducție creată prin adăugarea atomilor de impurități. În absența tensiunii de polarizare, numărul de electroni care traversează bariera de ambele părți este același, adică nu există curent. Când sunt polarizați direct, electronii au energia de a traversa bariera de potențial și de a trece în metal. Pe măsură ce tensiunea de polarizare crește, lățimea barierei scade și curentul direct crește rapid.

Când sunt polarizați invers, electronii dintr-un semiconductor necesită mai multă energie pentru a depăși bariera de potențial. Pentru electronii dintr-un metal, bariera de potențial nu depinde de tensiunea de polarizare, așa că curge un mic curent invers, care rămâne practic constant până când apare o defecțiune a avalanșei.

Curentul din diodele Schottky este determinat de purtătorii majoritari, deci este mai mare la aceeași polarizare directă și, prin urmare, căderea de tensiune directă pe dioda Schottky este mai mică decât la o joncțiune p-n convențională la un curent dat. Astfel, dioda Schottky are o tensiune de deschidere de prag de ordinul (0,2-0,3) V, spre deosebire de tensiunea de prag a unei diode de siliciu convenționale de 0,7 V și reduce semnificativ durata de viață a purtătorilor minoritari din semiconductor.

În diagrama din fig. 2.4, b tranzistor VT1 este împiedicat să intre în saturație de o diodă Shatky cu un prag de deschidere scăzut (0,2...0,3) V, astfel încât tensiunea va crește ușor în comparație cu un tranzistor saturat VT1. În fig. 2.4, c prezintă un circuit cu un „tranzistor Schottky”. Pe baza tranzistoarelor Schottky, au fost produse microcircuite din două serii principale TTLSh (Fig. 2.5)

În fig. 2.5 și prezintă o diagramă a unui element logic de mare viteză folosit ca bază a microcircuitelor din seria K531 (analogic străin - 74S), (S este litera inițială a numelui de familie al fizicianului german Schottky). În acest element, circuitul emițător al unei cascade de separare a fazelor realizat pe un tranzistor VT2, generatorul de curent este pornit - tranzistor VT6 cu rezistențe R4Și R5. Acest lucru vă permite să creșteți performanța elementului logic. În caz contrar, acest element logic este similar cu elementul de bază al seriei K131. Cu toate acestea, introducerea tranzistoarelor Schottky a făcut posibilă reducerea tzd.r dublat.

În fig. 2.5, b prezintă o diagramă a elementului logic de bază al seriei K555 (analogic străin - 74LS). În acest circuit, în loc de un tranzistor cu mai mulți emițători, la intrare este utilizată o matrice de diode Schottky. Introducerea diodelor Shatky elimină acumularea de încărcături de bază în exces, care măresc timpul de oprire a tranzistorului și asigură stabilitatea timpului de comutare într-un interval de temperatură.

Rezistorul R6 al brațului superior al etajului de ieșire creează tensiunea necesară la baza tranzistorului VT3 să-l deschidă. Pentru a reduce consumul de energie atunci când poarta este închisă (), un rezistor R6 conectați nu la magistrala comună, ci la ieșirea elementului.

Dioda VD7, conectat în serie cu R6și paralel cu rezistența de sarcină a colectorului din cascada de separare a fazelor R2, vă permite să reduceți întârzierea la pornire a circuitului utilizând o parte din energia stocată în capacitatea de sarcină pentru a crește curentul colectorului tranzistorului VT1în regim de tranziție.

tranzistor VT3 este implementat fără diode Schottky, deoarece funcționează în modul activ (emitter follower).

Tranzistor compozit (tranzistor Darlington) - combinând două sau mai multe tranzistoare bipolare pentru a crește câștigul de curent. Un astfel de tranzistor este utilizat în circuitele care funcționează cu curenți mari (de exemplu, în circuitele stabilizatoare de tensiune, treptele de ieșire ale amplificatoarelor de putere) și în etapele de intrare ale amplificatoarelor dacă este necesar să se asigure o impedanță de intrare ridicată.

Simbol pentru un tranzistor compozit

Un tranzistor compus are trei terminale (bază, emițător și colector), care sunt echivalente cu bornele unui singur tranzistor convențional. Câștigul de curent al unui tranzistor compus tipic (numit uneori în mod eronat „superbeta”) este ≈ 1000 pentru tranzistoarele de mare putere și ≈ 50.000 pentru tranzistoarele de putere mică. Aceasta înseamnă că un curent de bază mic este suficient pentru a porni tranzistorul compus.

Spre deosebire de tranzistoarele bipolare, tranzistoarele cu efect de câmp nu sunt utilizate într-o conexiune compozită. Nu este nevoie să combinați tranzistoarele cu efect de câmp, deoarece au deja un curent de intrare extrem de scăzut. Cu toate acestea, există circuite (de exemplu, un tranzistor bipolar cu poartă izolată) în care tranzistoarele cu efect de câmp și bipolare sunt utilizate împreună. Într-un sens, astfel de circuite pot fi considerate și tranzistoare compozite. Același lucru pentru un tranzistor compozitEste posibilă creșterea valorii câștigului prin reducerea grosimii bazei, dar aceasta prezintă anumite dificultăți tehnologice.

Exemplu superbeta (super-β)tranzistorii pot fi utilizați în seriile KT3102, KT3107. Cu toate acestea, ele pot fi combinate și folosind schema Darlington. În acest caz, curentul de polarizare de bază poate fi egal cu doar 50 pA (exemple de astfel de circuite sunt amplificatoare operaționale precum LM111 și LM316).

Fotografie a unui amplificator tipic folosind tranzistori compozit

Circuitul Darlington

Un tip de astfel de tranzistor a fost inventat de inginerul electric Sidney Darlington.

Schema schematică a unui tranzistor compozit

Un tranzistor compus este o conexiune în cascadă a mai multor tranzistori conectați în așa fel încât sarcina din emițătorul etapei anterioare să fie tranziția bază-emițător a tranzistorului etapei următoare, adică tranzistoarele sunt conectate prin colectoare și emițătorul tranzistorului de intrare este conectat la baza tranzistorului de ieșire. În plus, o sarcină rezistivă a primului tranzistor poate fi utilizată ca parte a circuitului pentru a accelera închiderea. O astfel de conexiune în ansamblu este considerată ca un singur tranzistor, al cărui câștig de curent, atunci când tranzistoarele funcționează în modul activ, este aproximativ egal cu produsul câștigurilor primului și celui de-al doilea tranzistor:

β с = β 1 ∙ β 2

Să arătăm că un tranzistor compozit are de fapt un coeficientβ , semnificativ mai mare decât ambele componente ale sale. Setarea incrementuluidlb=dlb1, primim:

dle1 = (1 + β 1) ∙ dlb=dlb2

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

Partajarea deu să pe dlb, găsim coeficientul de transmisie diferenţială rezultat:

β Σ = β 1 + β 2 + β 1 ∙ β 2

Pentru că întotdeaunaβ >1 , se poate considera:

β Σ = β 1 ∙ β 1

Trebuie subliniat faptul că coeficiențiiβ 1 Și β 1 poate diferi chiar și în cazul tranzistoarelor de același tip, deoarece curentul emițătoruluieu e2 V 1 + β 2ori mai mare decât curentul emițătoruluieu e1(acest lucru rezultă din egalitatea evidentăI b2 = I e1).

Schema Siklai

Perechea Darlington este similară cu conexiunea tranzistorului Sziklai, numită după inventatorul său George Sziklai și este uneori numită și tranzistor Darlington complementar. Spre deosebire de circuitul Darlington, care constă din două tranzistoare de același tip de conductivitate, circuitul Sziklai conține tranzistori de polarități diferite ( p – n – p și n – p – n ). Cuplul Siklai se comportă ca n–p–n -tranzistor cu castig mare. Tensiunea de intrare este tensiunea dintre baza și emițătorul tranzistorului Q1, iar tensiunea de saturație este cel puțin egală cu căderea de tensiune pe diodă. Se recomandă includerea unui rezistor cu rezistență scăzută între baza și emițătorul tranzistorului Q2. Acest circuit este utilizat în trepte puternice de ieșire push-pull când se folosesc tranzistori de ieșire de aceeași polaritate.

Cascada Sziklai, similară cu un tranzistor cu tranziție n – p – n

Circuit cascode

Un tranzistor compozit, realizat conform așa-numitului circuit cascode, este caracterizat prin faptul că tranzistorul VT1 este conectat într-un circuit cu un emițător comun, iar tranzistorul VT2 este conectat într-un circuit cu o bază comună. Un astfel de tranzistor compozit este echivalent cu un singur tranzistor conectat într-un circuit cu emițător comun, dar are proprietăți de frecvență mult mai bune și o putere mai mare nedistorsionată în sarcină și, de asemenea, poate reduce semnificativ efectul Miller (o creștere a capacității echivalente a element amplificator inversor datorită feedback-ului de la ieșire la intrarea acestui element atunci când este oprit).

Avantajele și dezavantajele tranzistoarelor compozite

Valorile mari de câștig în tranzistoarele compozite sunt realizate numai în modul static, astfel încât tranzistoarele compozite sunt utilizate pe scară largă în etapele de intrare ale amplificatoarelor operaționale. În circuitele la frecvențe înalte, tranzistoarele compozite nu mai au astfel de avantaje - frecvența limită a amplificării curentului și viteza de funcționare a tranzistoarelor compozite este mai mică decât aceiași parametri pentru fiecare dintre tranzistoarele VT1 și VT2.

Avantaje:

A)Câștig mare de curent.

b)Circuitul Darlington este fabricat sub formă de circuite integrate și, la același curent, suprafața de lucru a siliciului este mai mică decât cea a tranzistoarelor bipolare. Aceste circuite sunt de mare interes la tensiuni înalte.

Defecte:

A)Performanță scăzută, în special trecerea de la starea deschisă la starea închisă. Din acest motiv, tranzistoarele compozite sunt utilizate în principal în circuitele de cheie și amplificatoare de frecvență joasă; la frecvențe înalte, parametrii lor sunt mai răi decât cei ai unui singur tranzistor.

b)Căderea de tensiune directă pe joncțiunea bază-emițător într-un circuit Darlington este aproape de două ori mai mare decât într-un tranzistor convențional, iar pentru tranzistoarele cu siliciu este de aproximativ 1,2 - 1,4 V (nu poate fi mai mică de două ori căderea de tensiune la joncțiunea p-n) .

V)Tensiune mare de saturație colector-emițător, pentru un tranzistor de siliciu, aproximativ 0,9 V (comparativ cu 0,2 V pentru tranzistoarele convenționale) pentru tranzistoarele de putere mică și aproximativ 2 V pentru tranzistoarele de mare putere (nu poate fi mai mică decât căderea de tensiune pe joncțiunea p-n plus căderea de tensiune pe tranzistorul de intrare saturat).

Utilizarea rezistenței de sarcină R1 vă permite să îmbunătățiți unele caracteristici ale tranzistorului compozit. Valoarea rezistorului este selectată în așa fel încât curentul colector-emițător al tranzistorului VT1 în stare închisă creează o cădere de tensiune pe rezistor care este insuficientă pentru a deschide tranzistorul VT2. Astfel, curentul de scurgere al tranzistorului VT1 nu este amplificat de tranzistorul VT2, reducând astfel curentul total colector-emițător al tranzistorului compozit în starea oprită. În plus, utilizarea rezistorului R1 ajută la creșterea vitezei tranzistorului compozit prin forțarea închiderii tranzistorului VT2. De obicei, rezistența lui R1 este de sute de ohmi într-un tranzistor Darlington de mare putere și de câțiva kOhmi într-un tranzistor Darlington cu semnal mic. Un exemplu de circuit cu un rezistor emițător este un tranzistor Darlington puternic n-p-n tip KT825, câștigul său de curent este de 10.000 (valoare tipică) pentru un curent de colector de 10 A.