Kompozitni tranzistor (Darlington i Sziklai kolo). Logički elementi integralne injekcijske logike

7.2 Tranzistor VT1

Kao tranzistor VT1 koristimo tranzistor KT339A sa istom radnom tačkom kao i za tranzistor VT2:

Uzmimo Rk = 100 (Ohm).

Izračunajmo parametre ekvivalentnog kola za dati tranzistor koristeći formule 5.1 - 5.13 i 7.1 - 7.3.

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

Sk(potrebna)-kapacitivnost kolektorskog spoja na datom Uke0,

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

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

otpor rb-baze,

Referentna vrijednost konstante povratne sprege.

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

otpor ponovnog emitera.

gbe===1.51(mS), gdje

gbe-baza-emiter provodljivost,

Referentna vrijednost koeficijenta prijenosa statičke struje u kolu zajedničkog emitera.

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

C je kapacitet emitera,

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

Ri= =1000 (Ohm), gdje

Ri je izlazni otpor tranzistora,

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

– ulazni otpor i ulazni kapacitet stupnja opterećenja.

Gornja granična frekvencija je predviđena da svaki stepen ima 0,75 dB izobličenja. Ova vrijednost f zadovoljava tehničke specifikacije. Nije potrebna korekcija.

7.2.1 Proračun sheme termičke stabilizacije

Kao što je rečeno u paragrafu 7.1.1, u ovom pojačalu je termička stabilizacija emitera najprihvatljivija jer je tranzistor KT339A male snage, a uz to, stabilizaciju emitera je lako implementirati. Kolo termalne stabilizacije emitera prikazano je na slici 4.1.

Procedura obračuna:

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

2. Zatim ćemo izračunati.

Struja djelitelja se bira da bude jednaka, gdje je bazna struja tranzistora i izračunava se po formuli:

Napon napajanja se izračunava pomoću formule: (V)

Vrijednosti otpornika se izračunavaju pomoću sljedećih formula:

8. Izobličenje koje unosi ulazno kolo

Šematski dijagram kaskadnog ulaznog kola prikazan je na Sl. 8.1.

Slika 8.1 - Šematski dijagram kaskadnog ulaznog kola

Pod uslovom da je ulazna impedancija kaskade aproksimirana paralelnim RC krugom, koeficijent prijenosa ulaznog kola u visokofrekventnom području opisuje se izrazom:

– ulazni otpor i ulazni kapacitet kaskade.

Vrijednost ulaznog kola se izračunava pomoću formule (5.13), gdje se vrijednost zamjenjuje.

9. Izračunavanje C f, R f, C r

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

Izobličenje ravnog vrha se izračunava 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 povezanih 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 razdjelni kondenzator između Rg i prvog stupnja, C 12 - između prve i druge kaskade, C 23 - između drugog i trećeg, C 3 - između završnog stupnja i opterećenja. Postavljanjem svih ostalih kontejnera 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 granica frekvencije 14 MHz;

Pojačanje 64 dB;

Otpor generatora i opterećenja 75 Ohm;

Napon napajanja 18 V.

Kolo pojačala prikazano je na slici 10.1.

Slika 10.1 - Krug pojačala

Prilikom proračuna karakteristika pojačala korišćen je sledeći softver: MathCad, Work Bench.

Književnost

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

2. Proračun visokofrekventnih korektivnih elemenata pojačivača na bipolarnim tranzistorima. Obrazovno-metodološki priručnik o dizajnu kurseva za studente radiotehničkih specijalnosti / A.A. Titov, Tomsk: Vol. stanje Univerzitet za upravljačke sisteme i radioelektroniku, 2002. - 45 str.

Direktan rad. Radna linija prolazi kroz tačke Uke=Ek i Ik=Ek÷Rn i siječe grafike izlaznih karakteristika (bazne struje). Da bi se postigla najveća amplituda pri proračunu impulsnog pojačivača, radna tačka je odabrana bliže najnižem naponu jer će završni stupanj imati negativan impuls. Prema grafikonu izlaznih karakteristika (slika 1), pronađene su vrijednosti IKpost = 4,5 mA, ....

Proračun Sf, Rf, sri 10. Zaključak Literatura TEHNIČKI ZADATAK br. 2 za projektovanje predmeta iz discipline „Kola nuklearne elektrane“ za studenta 180 Kurmanov B.A. Tema projekta: Impulsni pojačavač Otpor generatora Rg = 75 Ohm. Pojačanje K = 25 dB. Trajanje impulsa 0,5 μs. Polaritet je "pozitivan". Radni odnos 2. Vrijeme poravnanja 25 ns. Pustiti...

Da bi se uskladio sa otporom opterećenja potrebno je ugraditi emiterski sljedbenik nakon stupnjeva pojačanja, nacrtajmo kolo pojačala: 2.2 Proračun statičkog režima pojačala Izračunavamo prvi stepen pojačanja. Odabiremo radnu tačku za prvi stepen pojačala. Njegove karakteristike:...

Otpor izvora ulaznog signala, a samim tim i promena uslova optimalnosti tokom zračenja ne dovodi do dodatnog povećanja šuma. Efekti zračenja u IOU. Utjecaj AI na parametre IOU. Integrisana operaciona pojačala (IOA) su visokokvalitetna precizna pojačala koja pripadaju klasi univerzalnih i multifunkcionalnih analognih...

Ako uzmemo, na primjer, tranzistor MJE3055T ima maksimalnu struju od 10A, a pojačanje je samo oko 50; shodno tome, da bi se potpuno otvorio, treba upumpati oko dvjesto miliampera struje u bazu. Običan MK izlaz neće podnijeti toliko, ali ako spojite slabiji tranzistor između njih (neku vrstu BC337) koji može povući ovih 200 mA, onda je lako. Ali to je zato da on zna. Šta ako od improvizovanog smeća morate napraviti kontrolni sistem - dobro će vam doći.

U praksi, gotov tranzistorski sklopovi. Izvana se ne razlikuje od konvencionalnog tranzistora. Isto telo, iste tri noge. Samo što ima veliku snagu, a kontrolna struja je mikroskopska :) U cjenovnicima se obično ne zamaraju i pišu jednostavno - Darlington tranzistor ili kompozitni tranzistor.

Na primjer par BDW93C(NPN) i BDW94S(PNP) Evo njihove interne strukture iz tablice sa podacima.

Štaviše, postoje Darlington skupštine. Kada se više upakuje u jedan paket odjednom. Neizostavna stvar kada trebate upravljati nekim moćnim LED ekranom ili koračnim motorom (). Odličan primjer takve konstrukcije - vrlo popularan i lako dostupan ULN2003, sposoban za povlačenje do 500 mA za svaki od njegovih sedam sklopova. Izlazi su mogući uključiti paralelno da povećate trenutnu granicu. Ukupno, jedan ULN može nositi čak 3,5 A kroz sebe ako su svi njegovi ulazi i izlazi paralelni. Ono što me raduje je to što je izlaz nasuprot ulaza, vrlo je zgodno postaviti tablu ispod njega. Direktno.

Datasheet prikazuje unutrašnju strukturu ovog čipa. Kao što vidite, ovdje se nalaze i zaštitne diode. Uprkos činjenici da su nacrtani kao da su operaciona pojačala, izlaz je tipa otvorenog kolektora. Odnosno, može samo kratki spoj na zemlju. Šta postaje jasno iz istog lista podataka ako pogledate strukturu jednog ventila.

Na sl. Na slici 2.16 prikazan je dijagram logičkog elementa sa indukovanim kanalom tipa n (tzv. n MIS tehnologija). Glavni tranzistori VT 1 i VT 2 su povezani serijski, tranzistor VT 3 djeluje kao opterećenje. U slučaju kada je na oba ulaza elementa primijenjen visoki napon U 1 (x 1 = 1, x 2 = 1), oba tranzistora VT 1 i VT 2 su otvorena i na izlazu je postavljen niski napon U 0. U svim ostalim slučajevima, najmanje jedan od tranzistora VT 1 ili VT 2 je zatvoren i napon U 1 je postavljen na izlazu. Dakle, element obavlja logičku funkciju I-NE.

Na sl. Slika 2.17 prikazuje dijagram ILI-NE elementa. Na njegovom izlazu se postavlja niski napon U 0 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-NE elementa KMDP tehnologije. U njemu su tranzistori VT 1 i VT 2 glavni, tranzistori VT 3 i VT 4 su nosivi. Neka visoki napon U 1. U ovom slučaju, tranzistor VT 2 je otvoren, tranzistor VT 4 je zatvoren i, bez obzira na nivo napona na drugom ulazu i stanje preostalih tranzistora, na izlazu se postavlja nizak napon U 0. Element implementira logičku ILI-NE operaciju.

CMPD kolo karakterizira vrlo niska potrošnja struje (a samim tim i snaga) iz izvora napajanja.

Logički elementi integralne injekcijske logike

Na sl. Slika 2.19 prikazuje topologiju logičkog elementa integralne logike ubrizgavanja (I 2 L). Za stvaranje takve strukture potrebne su dvije faze difuzije u silicijumu sa n-tipom provodljivosti: tokom prve faze formiraju se regioni p 1 i p 2, a tokom druge faze formiraju se regioni n 2.

Element ima strukturu p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Pogodno je razmotriti takvu četveroslojnu strukturu zamišljajući je kao vezu dvije konvencionalne troslojne tranzistorske strukture:

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

Dijagram koji odgovara ovom prikazu prikazan je na slici 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 formira poseban izlaz elementa prema otvorenom kolektorskom kolu).

Tranzistor VT 2, tzv injektor, ima strukturu poput p 1 -n 1 -p 2 . Pošto je površina n 1 ovih tranzistora zajednička, emiter tranzistora VT 2 mora biti povezan sa bazom tranzistora VT 1; prisustvo zajedničkog područja p 2 dovodi do potrebe da se baza tranzistora VT 2 poveže sa kolektorom tranzistora VT 1. Ovo stvara vezu između tranzistora VT 1 i VT 2, prikazanih na slici 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.

Struja kolektora ovog tranzistora može se zatvoriti ili preko tranzistora VT 3 (pretvarač prethodnog elementa) ili preko emiterskog spoja 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 osnovu VT 2, drži ovaj tranzistor u zatvorenom stanju. Struja injektora VT 1 se zatvara 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 postavljeno 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 log.1.

Injektor je izvor jednosmerne struje (koja može biti zajednička za grupu elemenata). Često koriste konvencionalnu grafičku oznaku elementa, prikazanu na Sl. 2.21, b.

Na sl. Slika 2.21a prikazuje kolo koje implementira operaciju ILI-NE. Povezivanje kolektora elemenata odgovara radu tzv instalacija I. Zaista, dovoljno je da je barem jedan od elemenata u otvorenom stanju (log.0 stanje), tada će se struja injektora sljedećeg elementa zatvoriti kroz otvoreni pretvarač i uspostaviti nizak nivo log.0 na kombinovani izlaz elemenata. Posljedično, na ovom izlazu se formira vrijednost koja odgovara logičkom izrazu x 1 · x 2. Primjenom de Morganove transformacije na njega dolazi se do izraza x 1 · x 2 = . Stoga ova veza elemenata zaista implementira operaciju ILI-NE.

Logički elementi AND 2 L imaju sljedeće prednosti:

pružaju visok stepen integracije; u proizvodnji I 2 L kola koriste se isti tehnološki procesi kao i u proizvodnji integrisanih kola na bipolarnim tranzistorima, ali je manji broj tehnoloških operacija i potrebnih fotomaski;

koristi se smanjeni napon (oko 1V);

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

se dobro slažu sa TTL elementima.

Na sl. Slika 2.21b prikazuje dijagram prijelaza sa I 2 L elemenata na TTL element.

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

Slika 2.3.a. Šematski dijagram osnovnog elementa serije K131

Princip rada logičkog elementa serije K131 (slika 2.3.a) je sljedeći: kada se na bilo kojem od ulaza primi signal niske razine (0 - 0,4V), spoj baza-emiter višestruke -emiterski tranzistor VT1 je prednapredan (otključan), a gotovo cijela struja koja teče kroz otpornik R1 je granana na masu, zbog čega se VT2 zatvara i radi u prekidnom režimu. Struja koja teče kroz otpornik R2 zasićuje bazu tranzistora VT3. Tranzistori VT3 i VT4 povezani prema Darlingtonovom kolu formiraju kompozitni tranzistor, koji je emiterski sljedbenik. Funkcionira kao izlazni stupanj za pojačavanje snage signala. Signal visokog logičkog nivoa se generiše na izlazu kola.

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 kola se postavlja logička nulta razina.

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 formiraju kaskadu za razdvajanje faza. Potrebno je jedan po jedan uključiti izlazne n-p-n tranzistore. 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. Šematski dijagrami osnovnih elemenata serije K155 i K134

U mikro krugovima serije K155 i K134, izlazni stepen je izgrađen na nekompozitnom repetitoru (samo tranzistor VT3) i zasićeni tranzistor VT5 uz uvođenje diode za pomicanje nivoa VD4(Sl. 2.3, b, c). Posljednja dva stupnja čine složeni pretvarač koji implementira logičku NOT operaciju. Ako uvedete dvije faze razdvajanja faza, tada se implementira funkcija ILI-NE.

Na sl. 2.3, i prikazuje osnovni logički element serije K131 (strani analog - 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 analog - 74L). Sada ove serije praktički nisu razvijene.

TTL mikrokola početnog razvoja počela su aktivno zamjenjivati ​​TTLSh mikrokola, koja u svojoj unutarnjoj strukturi imaju spojeve sa Schottky barijerom. Tranzistor Schottkyjevog spoja (Schottky tranzistor) je baziran na dobro poznatom kolu nezasićenog tranzistorskog prekidača (slika 2.4.a).

Slika 2.4. Objašnjenje principa dobijanja strukture sa Schottky tranzicijom:
a - nezasićeni tranzistorski prekidač; b - tranzistor sa Schottky diodom; c - simbol Schottky tranzistora.

Kako bi se spriječilo da tranzistor uđe u zasićenje, dioda je povezana između kolektora i baze. Korištenje diode s povratnom spregom za uklanjanje zasićenja tranzistora prvi je predložio B. N. Kononov. Međutim, u ovom slučaju se može povećati na 1 V. Idealna dioda je dioda s Schottky barijerom. To je kontakt formiran između metala i lagano dopiranog n-poluprovodnika. U metalu su samo neki od elektrona slobodni (oni izvan valentne zone). U poluvodiču, slobodni elektroni postoje na granici provodljivosti stvorenoj dodavanjem atoma nečistoća. U nedostatku prednapona, broj elektrona koji prelaze barijeru s obje strane je isti, tj. nema struje. Kada su pristrasni prema naprijed, elektroni imaju energiju da prijeđu potencijalnu barijeru i prođu u metal. Kako se prednapon povećava, širina barijere se smanjuje i struja naprijed brzo raste.

Kada su obrnuto pristrasni, elektroni u poluvodiču zahtijevaju više energije da prevladaju potencijalnu barijeru. Za elektrone u metalu, potencijalna barijera ne zavisi od prednapona, tako da teče mala reverzna struja, koja ostaje praktično konstantna sve dok ne dođe do lavinskog sloma.

Struja u Schottky diodama je određena većinski nosiocima, tako da je veća pri istom prednaponu i stoga je pad napona naprijed na Schottky diodi manji nego na konvencionalnom p-n spoju pri datoj struji. Dakle, Schottky dioda ima granični napon otvaranja reda (0,2-0,3) V, za razliku od graničnog napona konvencionalne silikonske diode od 0,7 V, i značajno smanjuje vijek trajanja manjinskih nosača u poluvodiču.

U dijagramu na sl. 2.4, b tranzistor VT1 sprečava zasićenje pomoću Shatky diode sa niskim pragom otvaranja (0,2...0,3) V, tako da će napon malo porasti u poređenju sa zasićenim tranzistorom VT1. Na sl. 2.4, c prikazuje kolo sa “Schottky tranzistorom”. Na osnovu Schottky tranzistora proizvedena su mikro kola dvije glavne serije TTLSh (slika 2.5)

Na sl. 2.5, i prikazuje dijagram brzog logičkog elementa 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 je na tranzistoru VT2, strujni generator je uključen - tranzistor VT6 sa otpornicima R4 I R5. Ovo vam omogućava da povećate performanse logičkog elementa. Inače, ovaj logički element je sličan osnovnom elementu serije K131. Međutim, uvođenje Schottky tranzistora omogućilo je smanjenje tzd.r udvostručeno.

Na sl. 2.5, b prikazuje dijagram osnovnog logičkog elementa serije K555 (strani analog - 74LS). U ovom krugu, umjesto tranzistora s više emitera, na ulazu se koristi matrica Schottky dioda. Uvođenje Shatky dioda eliminira nakupljanje viška baznih naboja, koji povećavaju vrijeme isključenja tranzistora i osiguravaju stabilnost vremena uključivanja u temperaturnom rasponu.

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

Diode VD7, spojena u seriju sa R6 i paralelno sa otpornikom opterećenja kolektora kaskade za razdvajanje faza R2, omogućava vam da smanjite kašnjenje uključivanja kruga korištenjem dijela energije pohranjene u kapacitetu opterećenja za povećanje struje kolektora tranzistora VT1 u prelaznom modu.

Tranzistor VT3 implementiran je bez Schottky dioda, jer radi u aktivnom modu (emiter follower).

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.