Kompozitné tranzistory. Kompozitné tranzistory Čo je to Darlingtonov tranzistor

Označenie kompozitného tranzistora zloženého z dvoch samostatných tranzistorov zapojených podľa Darlingtonovho obvodu je na obrázku 1. Prvý z uvedených tranzistorov je zapojený podľa obvodu sledovača emitora, signál z emitora prvého tranzistora ide do bázy druhého tranzistora. Výhodou tohto obvodu je jeho mimoriadne vysoký zisk. Celkové prúdové zosilnenie p pre tento obvod sa rovná súčinu prúdových zosilnení jednotlivých tranzistorov: p = pgr2.

Napríklad, ak má vstupný tranzistor Darlingtonovho páru zosilnenie 120 a zosilnenie druhého tranzistora je 50, potom je celkové p 6000. V skutočnosti bude zisk ešte o niečo väčší, pretože celkový kolektorový prúd kompozitného tranzistora sa rovná súčtu kolektorových prúdov páru tranzistorov.
Kompletné zapojenie kompozitného tranzistora je na obrázku č.2. V tomto obvode tvoria odpory R1 a R2 delič napätia, ktorý predpína bázu prvého tranzistora. Rezistor Rn pripojený k emitoru kompozitného tranzistora tvorí výstupný obvod. Takéto zariadenie je v praxi široko používané, najmä v prípadoch, keď je potrebný veľký prúdový zisk. Obvod je vysoko citlivý na vstupný signál a má vysokú úroveň výstupného kolektorového prúdu, čo umožňuje využiť tento prúd ako riadiaci prúd (najmä pri nízkom napájacom napätí). Použitie Darlingtonovej schémy pomáha znižovať počet komponentov v obvodoch.

Darlingtonov obvod sa používa v nízkofrekvenčných zosilňovačoch, oscilátoroch a spínacích zariadeniach. Výstupná impedancia Darlingtonovho obvodu je mnohonásobne nižšia ako vstupná. V tomto zmysle sú jeho charakteristiky podobné charakteristikám znižovacieho transformátora. Na rozdiel od transformátora vám však obvod Darlington umožňuje získať veľký výkon. Vstupná impedancia obvodu je približne rovná $²Rn a jeho výstupná impedancia je zvyčajne menšia ako Rn. V spínacích zariadeniach sa Darlingtonov obvod používa vo frekvenčnom rozsahu do 25 kHz.

Literatúra: Matúš Mandl. 200 VYBRANÝCH SCHÉM ELEKTRONIKY. Edícia literatúry o informatike a elektronike. © 1978 Prentice-Hall, Inc. © preklad do ruštiny, Mir, 1985, 1980

• Podobné články

Prihlásiť sa s:

Náhodné články

• 08.10.2014

  Stereo ovládanie hlasitosti, vyváženia a tónu na ТСА5550 má nasledujúce parametre: Nízke harmonické skreslenie nie viac ako 0,1% Napájacie napätie 10-16V (12V nominálne) Spotreba prúdu 15 ... 30mA Vstupné napätie 0,5V (zisk pri napájacom napätí 12V jednotky) Rozsah ovládania tónu -14…+14dB Rozsah nastavenia vyváženia 3dB Rozdiel medzi kanálmi 45dB Odstup signálu od šumu …

Na získanie hlavných parametrov ST je potrebné nastaviť model samotného bipolárneho tranzistora (BT) pre nízke frekvencie na obr. 1a.

Ryža. 1. Možnosti pre ekvivalentný obvod BT n-p-n

Existujú iba dva primárne konštrukčné parametre: prúdový zisk a vstupný odpor tranzistora. Po ich prijatí pre konkrétny obvod pomocou známych vzorcov je možné vypočítať zosilnenie napätia, vstupné a výstupné odpory kaskády.

Ekvivalentné obvody kompozitných Darlingtonových tranzistorov (STD) a Shiklai (STSH) sú znázornené na obr. 2, hotové vzorce na výpočet parametrov - v tabuľke. 1.

Tabuľka 1 - Vzorce na výpočet parametrov ST

Tu je odpor emitora vypočítaný podľa vzorca:

Ryža. 2 Možnosti kompozitného tranzistora

Je známe, že b závisí od kolektorového prúdu (graf závislosti je uvedený v údajovom liste). Ak je základný prúd VT2 (je to aj emitorový alebo kolektorový prúd VT1) príliš malý, skutočné parametre ST budú oveľa nižšie ako vypočítané. Preto na udržanie počiatočného kolektorového prúdu VT1 stačí do obvodu vložiť dodatočný odpor Rdop (obr. 2c). Napríklad, ak sa KT315 použije ako VT1 v STD s minimálnym požadovaným prúdom Ik.min, potom sa dodatočný odpor bude rovnať

môžete dať odpor s nominálnou hodnotou 680 ohmov.

Posunovacia akcia Rdop znižuje parametre ST, preto je v mikroobvodoch a iných efektných obvodoch nahradená zdrojom prúdu.

Ako je možné vidieť zo vzorcov v tabuľke. 1, zisk a vstupná impedancia STD sú väčšie ako u STSH. Posledne menované má však svoje výhody:

1. na vstupe STSH menšie poklesy napätia ako pri STD (Ube oproti 2Ube);
2. kolektor VT2 je pripojený na spoločný vodič, t.j. v okruhu s OE na chladenie je možné VT2 osadiť priamo na kovovú skriňu zariadenia.

Cvičenie kompozitného tranzistora

Na obr. 3 sú znázornené tri možnosti vytvorenia koncového stupňa (sledovača emitora). Pri výbere tranzistorov by ste mali mať tendenciu b1~b2 a b3~b4. Rozdiel môže byť kompenzovaný výberom párov podľa rovnosti koeficientov zosilnenia ST b13~b24 (pozri tabuľku 1).

• Schéma na obr. 3a má najvyšší vstupný odpor, ale toto je najhoršia z vyššie uvedených schém: vyžaduje izoláciu prírub výkonných tranzistorov (alebo samostatných radiátorov) a poskytuje najmenší výkyv napätia, pretože ~ 2 V musia spadať medzi základne CT. , inak sa silne prejavia skreslenia typu „krok“.
• Schéma na obr. 3b bol zdedený z čias, keď sa ešte nevyrábali komplementárne páry výkonných tranzistorov. Jediným plusom v porovnaní s predchádzajúcou verziou je menší úbytok napätia ~ 1,8 V a väčší výkyv bez skreslenia.
• Schéma na obr. 3c jasne demonštruje výhody STSH: minimálny pokles napätia medzi ST bázami a výkonné tranzistory môžu byť umiestnené na bežný radiátor bez izolačných tesnení.

Na obr. 4 sú znázornené dva parametrické stabilizátory. Výstupné napätie pre možnosť s STD je:

Pretože Ube chodí v závislosti od teploty a kolektorového prúdu, obvod s STD bude mať väčší rozptyl vo výstupnom napätí, a preto je vhodnejšia možnosť s STSH.

Ryža. 3. Možnosti výstupných emitorových sledovačov na ST

Ryža. 4. Aplikácia CT ako regulátora v lineárnom stabilizátore

V lineárnych obvodoch je možné použiť akúkoľvek vhodnú kombináciu tranzistorov. Autor narazil na sovietske domáce spotrebiče, v ktorých boli STSH použité na pároch KT315 + KT814 a KT3107 + KT815 (aj keď sú akceptované /KT361 a KT3102 / KT3107). Ako doplnkový pár môžete vziať C945 a A733, ktoré sa často nachádzajú v starých počítačových PSU.

Diskutujte o článku TEÓRIA A PRAX KOMPOZITNÉHO TRANSISTORA

Ak otvoríte akúkoľvek knihu o elektronických technológiách, okamžite uvidíte, koľko prvkov je pomenovaných po ich tvorcoch: Schottkyho dióda, Zenerova dióda (aka zenerova dióda), Gunnova dióda, Darlingtonov tranzistor.

Elektrotechnik Sidney Darlington experimentoval s jednosmernými motormi a ich riadiacimi obvodmi. V obvodoch boli použité prúdové zosilňovače.

Inžinier Darlington vynašiel a patentoval tranzistor pozostávajúci z dvoch bipolárnych a vyrobených na jedinom kremíkovom kryštáli s difúznym n(negatívne) a p(pozitívne) prechody. Nové polovodičové zariadenie bolo pomenované po ňom.

V domácej technickej literatúre sa Darlingtonov tranzistor nazýva kompozitný. Poďme ho teda lepšie spoznať!

Kompozitné tranzistorové zariadenie.

Ako už bolo spomenuté, ide o dva alebo viac tranzistorov vyrobených na rovnakom polovodičovom čipe a zabalených v jednom spoločnom obale. V emitorovom obvode prvého tranzistora je tiež zaťažovací odpor.

Darlingtonov tranzistor má rovnaké závery ako známy bipolárny tranzistor: báza (Base), emitor (Emitter) a kolektor (Collector).

Darlingtonov diagram

Ako vidíte, takýto tranzistor je kombináciou niekoľkých. V závislosti od výkonu môže obsahovať viac ako dva bipolárne tranzistory. Stojí za zmienku, že vo vysokonapäťovej elektronike sa používa aj tranzistor pozostávajúci z bipolárneho a poľného. Toto IGBT tranzistor. Môže byť tiež klasifikovaný ako kompozitné, hybridné polovodičové zariadenia.

Hlavné vlastnosti Darlingtonovho tranzistora.

Hlavnou výhodou kompozitného tranzistora je veľký prúdový zisk.

Treba pripomenúť jeden z hlavných parametrov bipolárneho tranzistora. Toto je zisk ( h 21). Označuje sa aj písmenom β ("beta") gréckej abecedy. Vždy je väčšie alebo rovné 1. Ak je zosilnenie prvého tranzistora 120 a druhého 60, potom sa zosilnenie kompozitu už rovná súčinu týchto hodnôt, teda 7200, a to je veľmi dobre. Výsledkom je, že na zapnutie tranzistora stačí veľmi malý prúd bázy.

Inžinier Shiklai (Sziklai) trochu upravil Darlingtonovu spojku a dostal tranzistor, ktorý sa nazýval komplementárny Darlingtonov tranzistor. Pripomeňme, že komplementárny pár sa nazýva dva prvky s úplne rovnakými elektrickými parametrami, ale odlišnou vodivosťou. Takýmto párom boli naraz KT315 a KT361. Na rozdiel od Darlingtonovho tranzistora je kompozitný tranzistor podľa schémy Shiklai zostavený z bipolárnej rôznej vodivosti: p-n-p A n-p-n. Tu je príklad Shiklaiho kompozitného tranzistora, ktorý funguje ako npn tranzistor, hoci pozostáva z dvoch rôznych štruktúr.

Schéma Shiklai

Nevýhody kompozitných tranzistorov zahŕňajú nízky výkon, takže sú široko používané len v nízkofrekvenčných obvodoch. Takéto tranzistory sa osvedčili vo koncových stupňoch výkonných nízkofrekvenčných zosilňovačov, v riadiacich obvodoch elektromotorov a vo spínačoch elektronických zapaľovacích obvodov automobilov.

Hlavné elektrické parametre:

Napätie kolektor-emitor 500 V;

Emitor napätia - základňa 5 V;

Kolektorový prúd - 15 A;

Maximálny kolektorový prúd - 30 A;

Stratový výkon pri 25 0 C - 135 W;

Teplota kryštálu (prechod) je 175 0 C.

Na schémach zapojenia nie je žiadna špeciálna ikona symbolu na označenie kompozitných tranzistorov. V drvivej väčšine prípadov je na schéme označený ako obyčajný tranzistor. Aj keď existujú výnimky. Tu je jedno z jeho možných označení na schéme zapojenia.

Pripomínam, že zostava Darlington môže mať štruktúru p-n-p aj štruktúru n-p-n. V tomto ohľade výrobcovia elektronických komponentov vyrábajú komplementárne páry. Patria sem rady TIP120-127 a MJ11028-33. Napríklad tranzistory TIP120, TIP121, TIP122 majú štruktúru n-p-n a TIP125, TIP126, TIP127 - p-n-p.

Takéto označenie nájdete aj na schémach zapojenia.

Príklady použitia kompozitného tranzistora.

Zvážte riadiaci obvod kolektorového motora pomocou Darlingtonovho tranzistora.

Keď sa na bázu prvého tranzistora aplikuje prúd asi 1mA, jeho kolektorom pretečie prúd 1000-krát väčší, teda 1000mA. Ukazuje sa, že jednoduchý obvod má slušný zisk. Namiesto motora môžete pripojiť elektrickú žiarovku alebo relé, pomocou ktorého môžete spínať výkonné záťaže.

Ak sa namiesto zostavy Darlington použije zostava Shiklai, potom je záťaž pripojená k emitorovému obvodu druhého tranzistora a nie je pripojená k plusu, ale k mínusu napájacieho zdroja.

Ak skombinujete Darlingtonov tranzistor a zostavu Shiklai, získate prúdový zosilňovač push-pull. Nazýva sa to push-pull, pretože v určitom časovom okamihu môže byť otvorený iba jeden z dvoch tranzistorov, horný alebo dolný. Tento obvod invertuje vstupný signál, to znamená, že výstupné napätie bude opačné ako vstupné.

To nie je vždy vhodné, a preto sa na vstup push-pull prúdového zosilňovača pridáva ďalší menič. V tomto prípade výstupný signál presne opakuje signál na vstupe.

Aplikácia Darlingtonovej zostavy v mikroobvodoch.

Široko používané sú integrované obvody obsahujúce niekoľko kompozitných tranzistorov. Jednou z najbežnejších je integrálna zostava L293D. Často ho používajú milovníci domácej robotiky. Čip L293D sú štyri prúdové zosilňovače v spoločnom balení. Pretože vo vyššie diskutovanom push-pull zosilňovači je vždy otvorený iba jeden tranzistor, výstup zosilňovača je postupne pripojený buď k plusu alebo mínusu zdroja energie. Závisí to od vstupného napätia. V skutočnosti máme elektronický kľúč. Čip L293 možno definovať ako štyri elektronické kľúče.

Tu je "kúsok" obvodu koncového stupňa čipu L293D, prevzatý z nej dátový hárok(referenčný list).

Ako vidíte, koncový stupeň pozostáva z kombinácie obvodov Darlington a Shiklai. Horná časť obvodu je kompozitný tranzistor podľa Shiklaiovho obvodu a spodná časť je vyrobená podľa Darlingtonovho obvodu.

Mnoho ľudí si pamätá časy, keď namiesto DVD prehrávačov existovali videorekordéry. A pomocou čipu L293 boli riadené dva elektromotory videorekordéra a to v plne funkčnom režime. U každého motora bolo možné ovládať nielen smer otáčania, ale privádzaním signálov z PWM regulátora bolo možné do značnej miery riadiť rýchlosť otáčania.

Špecializované mikroobvody založené na Darlingtonovom okruhu tiež získali veľmi široké využitie. Príkladom je čip ULN2003A (podobný K1109KT22). Tento integrovaný obvod je maticou siedmich Darlingtonových tranzistorov. Takéto univerzálne zostavy možno ľahko použiť v amatérskych rádiových obvodoch, napríklad rádiom riadené relé. O tomto I.

Ak sú tranzistory zapojené tak, ako je znázornené na obr. 2.60, potom bude výsledný obvod pracovať ako jeden tranzistor a jeho koeficient β sa bude rovnať súčinu koeficientov β jednotlivých tranzistorov. Táto technika je užitočná pre vysokoprúdové obvody (ako sú regulátory napätia alebo výstupné stupne výkonového zosilňovača) alebo pre predné časti zosilňovačov, kde sa vyžaduje vysoká vstupná impedancia.

Ryža. 2,60. Kompozitný Darlingtonov tranzistor.

V Darlingtonovom tranzistore je úbytok napätia medzi bázou a emitorom dvojnásobný oproti normálu a saturačné napätie sa rovná aspoň úbytku napätia na dióde (keďže potenciál emitora tranzistora T1 musí prevyšovať potenciál emitora tranzistora T 2 veľkosťou poklesu napätia na dióde). Okrem toho sa takto zapojené tranzistory správajú ako jeden tranzistor s pomerne nízkou rýchlosťou, pretože tranzistor T1 nedokáže rýchlo vypnúť tranzistor T2. Vzhľadom na túto vlastnosť býva medzi bázou a emitorom tranzistora T 2 zaradený rezistor (obr. 2.61). Rezistor R bráni zmiešaniu tranzistora T2 do vodivosti v dôsledku zvodových prúdov tranzistorov T1 a T2. Odpor odporu je zvolený tak, aby zvodové prúdy (merané v nanoampéroch pre tranzistory s malým signálom a v stovkách mikroampérov pre vysokovýkonné tranzistory) nevytvárali na ňom úbytok napätia väčší ako je úbytok napätia na dióde, pričom stále umožňujú prúdenie prúdu. skrz to. malý v porovnaní so základným prúdom tranzistora T 2 . Typicky je odpor R niekoľko stoviek ohmov vo vysokovýkonnom Darlingtonovom tranzistore a niekoľko tisíc ohmov v Darlingtonovom tranzistore s malým signálom.

Ryža. 2.61. Zvýšenie rýchlosti vypínania v zloženom Darlingtonovom tranzistore.

Priemysel vyrába Darlingtonove tranzistory vo forme kompletných modulov, vrátane spravidla emitorového odporu. Príkladom takéhoto štandardného obvodu je výkonný n-p-n - Darlington typ 2N6282, jeho prúdový zisk je 4000 (typický) pre kolektorový prúd 10 A.

Zapojenie tranzistorov podľa schémy Shiklai (Sziklai). Zapojenie tranzistorov podľa Shiklaiovho obvodu je obvod podobný tomu. ktorý sme práve preskúmali. Poskytuje tiež zvýšenie koeficientu β. Niekedy sa takémuto zapojeniu hovorí komplementárny Darlingtonov tranzistor (obr. 2.62). Obvod sa správa ako NPN tranzistor s veľkým koeficientom β. Obvod má jediné napätie medzi základňou a emitorom a saturačné napätie, ako v predchádzajúcom obvode, je aspoň rovné poklesu napätia na dióde. Medzi bázu a emitor tranzistora T 2 sa odporúča zaradiť odpor s malým odporom. Dizajnéri používajú tento obvod vo vysokovýkonných výstupných stupňoch push-pull, keď chcú použiť výstupné tranzistory iba jednej polarity. Príklad takéhoto obvodu je znázornený na obr. 2.63. Ako predtým, odpor je kolektorový odpor tranzistora T1 Darlingtonovho tranzistora tvorený tranzistormi T2 a T3. sa správa ako jeden NPN tranzistor. s vysokým prúdovým ziskom. Tranzistory T 4 a T 5, zapojené podľa Shiklaiovho obvodu, sa správajú ako výkonný p-n-p tranzistor. s vysokým ziskom. Rovnako ako predtým, rezistory R3 a R4 majú malý odpor. Tento obvod je niekedy označovaný ako push-pull sledovač s kvázikomplementárnou symetriou. V reálnej kaskáde s dodatočnou symetriou (komplementárnou) by boli tranzistory T 4 a T 5 zapojené do Darlingtonovho obvodu.

Ryža. 2.62. Zapojenie tranzistorov podľa schémy Shiklai („doplnenie Darlingtonovho tranzistora“).

Ryža. 2.63. Výkonná push-pull kaskáda, ktorá využíva iba výstupné tranzistory typu n-p-n.

Tranzistor so super vysokým prúdovým zosilnením. Kompozitné tranzistory - Darlingtonov tranzistor a pod. - si netreba zamieňať s tranzistormi s extrémne vysokým prúdovým zosilnením, pri ktorých sa pri technologickom procese výroby prvku získa veľmi veľká hodnota koeficientu h 21e. Príkladom takéhoto prvku je tranzistor typu 2N5962. pre ktoré je zaručený minimálny prúdový zisk 450, keď sa kolektorový prúd mení v rozsahu od 10 μA do 10 mA; tento tranzistor patrí do radu prvkov 2N5961-2N5963, ktorý sa vyznačuje maximálnym rozsahom napätia Uke od 30 do 60 V (ak by malo byť kolektorové napätie vyššie, potom treba ísť na zníženie hodnoty C). Priemysel vyrába párové páry tranzistorov s extrémne veľkou hodnotou koeficientu β. Používajú sa v zosilňovačoch s nízkym signálom, pre ktoré musia mať tranzistory prispôsobené charakteristiky; toto číslo je venované sek. 2.18. Príkladmi takýchto štandardných obvodov sú obvody ako LM394 a MAT-01; sú to tranzistorové páry s vysokým ziskom, v ktorých je napätie Ube prispôsobené zlomkom milivoltu (v najlepších obvodoch je prispôsobenie zabezpečené až do 50 μV) a koeficient h 21e je do 1%. Obvod typu MAT-03 je párovaný pár p-n-p tranzistorov.

Tranzistory s extrémne veľkou hodnotou koeficientu β je možné kombinovať podľa Darlingtonovho obvodu. V tomto prípade môže byť základný predpätý prúd rovný iba 50 pA (príkladom takýchto obvodov sú operačné zosilňovače ako LM111 a LM316.