W praktyce gotowe zespoły tranzystorowe. Zewnętrznie nie różni się od konwencjonalnego tranzystora. To samo ciało, te same trzy nogi. Tyle, że ma dużą moc, a prąd sterujący mikroskopijny :) W cennikach zwykle się nie zawracają i piszą po prostu – tranzystor Darlingtona, czy tranzystor kompozytowy.
Na przykład para BDW93C(NPN) i BDW94С(PNP) Oto ich wewnętrzna struktura z arkusza danych.
Arkusz danych pokazuje wewnętrzną strukturę tego chipa. Jak widać, tutaj również znajdują się diody ochronne. Pomimo tego, że są rysowane tak, jakby były wzmacniaczami operacyjnymi, wyjście jest tutaj typu otwarty kolektor. Oznacza to, że może jedynie zwarć z ziemią. Co staje się jasne z tego samego arkusza danych, jeśli spojrzysz na konstrukcję jednego zaworu.
„W liczbach jest bezpieczeństwo”. W ten sposób możemy symbolicznie scharakteryzować przełączniki jednotranzystorowe. Oczywiście znacznie łatwiej jest rozwiązywać problemy, gdy współpracujesz z innymi osobami takimi jak Ty. Wprowadzenie drugiego tranzystora umożliwia zmniejszenie wymagań dotyczących rozproszenia i wielkości współczynnika transmisji A 2 1e Przełączniki dwutranzystorowe są szeroko stosowane do przełączania wysokich napięć, a także do przepuszczania dużego prądu przez obciążenie .
Na ryc. 2.68, a...y pokazuje schematy podłączenia dwutranzystorowych przełączników na tranzystorach bipolarnych do MK.
Ryż. 2,68. Schematy połączeń przełączników dwutranzystorowych na tranzystorach bipolarnych (początek):
a) tranzystor VT1 służy jako wtórnik emitera. Wzmacnia prąd i poprzez rezystor ograniczający R2 dostarcza go do bazy tranzystora VT2, który bezpośrednio steruje obciążeniem RH;
b) tranzystory K77, VT2 są połączone zgodnie z obwodem Darlingtona (inna nazwa to „tranzystor kompozytowy”). Całkowite wzmocnienie jest równe iloczynowi współczynników transmisji L 21E obu tranzystorów. Tranzystor VT1 jest zwykle instalowany przy małej mocy i wyższej częstotliwości niż VT2. Rezystor R1 określa stopień nasycenia „pary”. Rezystancję rezystora R2 dobiera się odwrotnie proporcjonalnie do prądu w obciążeniu: od kilkuset omów do kilkudziesięciu kiloomów;
c) Schemat D. Boxtela. Dioda Schottky'ego VD1 przyspiesza wyłączenie mocnego tranzystora VT2, zwiększając 2...3 razy stromość zboczy sygnału przy częstotliwości 100 kHz. Eliminuje to główną wadę obwodów z tranzystorami Darlingtona - niską wydajność;
d) podobnie jak na ryc. 2.68, a, ale tranzystor VT1 otwiera się, gdy linia MK zostanie przełączona w tryb wejściowy ze stanem Z lub wejściem z wewnętrznym rezystorem „podciągającym”. Pod tym względem obciążenie prądowe linii portu jest zmniejszone, ale wydajność jest zmniejszona z powodu rozproszenia dodatkowej mocy na rezystorze R1 na NISKIM poziomie na wyjściu MK;
e) „wyłącznik samozabezpieczający” na tranzystorze mocy VT2 i tranzystorze ograniczającym VT1 Gdy tylko prąd w obciążeniu Ln przekroczy określony próg, na przykład w wyniku wypadku lub zwarcia, napięcie wystarczające do otwarcia tranzystora VT1 jest zwalniany na rezystorze R3. Bocznikuje tranzystor złącza bazowego VT2, powodując ograniczenie prądu wyjściowego;
f) wzmacniacz impulsowy typu push-pull wykorzystujący tranzystory o różnych konstrukcjach; O
g) tranzystor I72 otwiera się ze stosunkowo krótkim opóźnieniem (R2, VD1, C7), a zamyka ze stosunkowo dużym opóźnieniem (C7, R3, VT1)\
h) przełącznik wysokiego napięcia zapewniający zbocza impulsów o długości 0,1 MK s przy częstotliwości powtarzania do 1 MHz. W stanie początkowym tranzystor VT1 jest otwarty, a GT2 jest zamknięty. Podczas impulsu otwiera się tranzystor VT1 i pojemność obciążenia 7 jest przez niego szybko rozładowywana? N. Dioda VD1 zapobiega przepływowi prądów przez tranzystory VT1, VT2\
i) kompozytowy wtórnik emitera na tranzystorach VT1, GT2 ma wyjątkowo duże wzmocnienie prądowe. Rezystor 7?2 gwarantuje zamknięcie tranzystorów na NISKIM poziomie na wyjściu MK;
j) tranzystor VT1 w stanie otwartym blokuje tranzystor VT2. Rezystor R1 służy jako obciążenie kolektora dla tranzystora VT1 i ogranicznik prądu bazowego dla tranzystora VT2\ l) potężna kaskada przeciwsobna z układem logicznym bufora 7)7)7, który ma wyjścia z otwartym kolektorem. Sygnały z dwóch linii MK muszą być przesunięte w fazie. Rezystory R5, 7?6 ograniczają prądy w obciążeniu podłączonym do obwodu 6-wyjściowego; O
m) klucz dla obciążenia Ln, które jest podłączone do ujemnego źródła napięcia. Tranzystor VT1 służy jako wtórnik emitera, a tranzystor VT2 służy jako wzmacniacz ze wspólną bazą. Maksymalny prąd obciążenia określa się ze wzoru / n [mA] = 3,7 / L, [kOhm]. Dioda VDJ chroni tranzystor VT2 przed odwróceniem mocy.
n) przełącznik na tranzystorach o różnych konstrukcjach. Rezystor R1 określa prąd w obciążeniu RH, ale należy go wybrać ostrożnie, aby nie przekroczyć prądu bazowego tranzystora VT2, gdy tranzystor VT1 jest całkowicie otwarty. Obwód ma kluczowe znaczenie dla współczynników przenoszenia obu tranzystorów;
o) podobnie jak na rys. 2,68, n, ale tranzystor VT1 służy jako przełącznik, a nie jako zmienna rezystancja. Prąd obciążenia jest ustawiany przez rezystor R4. Rezystor R5 ogranicza początkowy prąd rozruchowy tranzystora VT2 przy dużej składowej pojemnościowej obciążenia RH. Obwód nie ma krytycznego znaczenia dla współczynników transmisji tranzystorów. Jeśli jako K72 zastosowany zostanie tranzystor „superba” KT825, rezystancję R4 należy zwiększyć do 5,1 ... 10 kOhm;
n) praktyczny przykład przełączania wysokiego napięcia 170 V przy niskim prądzie obciążenia o rezystancji R H co najmniej 27 kOhm;
p) podobnie jak na ryc. 2,68, n, ale z aktywnym poziomem LOW na wyjściu MK; O
O rys. 2,68. Schematy połączeń przełączników dwutranzystorowych na tranzystorach bipolarnych (koniec):
c) tranzystory VT1 i kT2 działają w przeciwfazie. Napięcie jest dostarczane do obciążenia Ln przez tranzystor VT2 i diodę VD1, podczas gdy tranzystor VT1 musi być zamknięty na WYSOKIM poziomie z górnego wyjścia MK. Aby usunąć napięcie z obciążenia, tranzystor G72 jest zamykany na WYSOKIM poziomie od dolnego wyjścia MK, po czym otwiera się tranzystor VT1 i przez diodę VD2 szybko rozładowuje pojemność obciążenia. Zaleta - wysoka wydajność, możliwość szybkiego ponownego przyłożenia napięcia do obciążenia;
t) MK jest zasilany „ważoną” i filtrowaną mocą w zakresie 4...4,5 V. Zapewnia to tłumiąca dioda Zenera VD1 i kondensator przeciwzakłóceniowy C1. Na WYSOKIM poziomie na wyjściu MK tranzystory K77, G72 są zamknięte, na NISKIM poziomie są otwarte. Maksymalny dopuszczalny prąd diody Zenera VD1 musi być taki, aby był większy niż suma poboru prądu MK, prądu przez rezystor R1 na NISKIM poziomie na wyjściu MK i prądu obwodów zewnętrznych, jeśli są one połączone do MK innymi liniami portowymi;
y) wzmacniacz wideo na tranzystorach VT1 i VT2, które są połączone zgodnie z obwodem Sziklai. Jest to rodzaj obwodu Darlingtona, ale z tranzystorami o różnej przewodności. Ta „para” odpowiada jednemu tranzystorowi o strukturze p-p-p o ultrawysokim wzmocnieniu L21E. Diody VD1, KD2 chronią tranzystory przed przepięciami przenikającymi z zewnątrz wzdłuż obwodu OUT. Rezystor R1 ogranicza prąd w przypadku przypadkowego zwarcia w kablu podłączonym do zewnętrznego zdalnego obciążenia 75 omów.
Na ryc. Rysunek 2.16 przedstawia schemat elementu logicznego z kanałem indukowanym typu n (tzw. technologia n MIS). Główne tranzystory VT 1 i VT 2 są połączone szeregowo, tranzystor VT 3 działa jako obciążenie. W przypadku przyłożenia wysokiego napięcia U 1 na oba wejścia elementu (x 1 = 1, x 2 = 1), oba tranzystory VT 1 i VT 2 są otwarte, a na wyjściu ustawione jest niskie napięcie U 0. We wszystkich innych przypadkach co najmniej jeden z tranzystorów VT 1 lub VT 2 jest zamknięty, a napięcie U 1 jest ustawione na wyjściu. Tym samym element pełni funkcję logiczną AND-NOT.
Na ryc. Rysunek 2.17 przedstawia diagram elementu OR-NOT. Na jego wyjściu ustawiane jest niskie napięcie U 0, jeśli co najmniej jedno z wejść ma wysokie napięcie U 1 , otwierając jeden z głównych tranzystorów VT 1 i VT 2 .
Pokazane na ryc. Diagram 2.18 jest schematem elementu NOR-NOT technologii KMDP. W nim tranzystory VT 1 i VT 2 są głównymi, tranzystory VT 3 i VT 4 są tranzystorami obciążeniowymi. Niech wysokie napięcie U 1. W tym przypadku tranzystor VT 2 jest otwarty, tranzystor VT 4 jest zamknięty i niezależnie od poziomu napięcia na drugim wejściu i stanu pozostałych tranzystorów, na wyjściu ustawiane jest niskie napięcie U 0. Element realizuje logiczną operację OR-NOT.
Obwód CMPD charakteryzuje się bardzo niskim poborem prądu (a tym samym mocy) z zasilaczy.
Na ryc. Rysunek 2.19 przedstawia topologię elementu logicznego logiki wtrysku całkującego (I 2 L). Do wytworzenia takiej struktury wymagane są dwie fazy dyfuzji w krzemie o przewodności typu n: w pierwszej fazie powstają obszary p 1 i p 2, a w drugiej fazie powstają obszary n 2.
Element ma strukturę p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Wygodnie jest rozważyć taką czterowarstwową strukturę, wyobrażając sobie ją jako połączenie dwóch konwencjonalnych trójwarstwowych struktur tranzystorowych:
P 1 -N 1 -P 2 N 1 -P 2 -N 1
Schemat odpowiadający tej reprezentacji pokazano na ryc. 2.20, a. Rozważmy działanie elementu zgodnie z tym schematem.
Tranzystor VT 2 o strukturze typu n 1 -p 2 -n 1 pełni funkcje falownika z kilkoma wyjściami (każdy kolektor tworzy osobne wyjście elementu zgodnie z obwodem otwartego kolektora).
Tranzystor VT 2, tzw wtryskiwacz, ma strukturę taką jak p 1 -n 1 -p 2 .
Ponieważ obszar n 1 tych tranzystorów jest wspólny, emiter tranzystora VT 2 musi być podłączony do bazy tranzystora VT 1; obecność wspólnego obszaru p 2 prowadzi do konieczności połączenia podstawy tranzystora VT 2 z kolektorem tranzystora VT 1. Tworzy to połączenie między tranzystorami VT 1 i VT 2, jak pokazano na ryc. 2.20a.
Ponieważ emiter tranzystora VT 1 ma potencjał dodatni, a baza ma potencjał zerowy, złącze emitera jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a tranzystor jest otwarty.
Jeżeli poprzedni element logiczny jest w stanie otwartym (tranzystor VT 3 jest otwarty), to na wejściu tego elementu występuje niski poziom napięcia, który działając w oparciu o VT 2, utrzymuje ten tranzystor w stanie zamkniętym. Prąd wtryskiwacza VT 1 jest zamykany przez tranzystor VT 3. Kiedy poprzedni element logiczny jest zamknięty (tranzystor VT 3 jest zamknięty), prąd kolektora wtryskiwacza VT 1 wpływa do podstawy tranzystora VT 2, a ten tranzystor jest ustawiony na stan otwarty.
Zatem, gdy VT 3 jest zamknięty, tranzystor VT 2 jest otwarty i odwrotnie, gdy VT 3 jest otwarty, tranzystor VT 2 jest zamknięty. Stan otwarty elementu odpowiada stanowi log.0, stan zamknięty odpowiada stanowi log.1.
Wtryskiwacz jest źródłem prądu stałego (który może być wspólny dla grupy elementów). Często stosują konwencjonalne oznaczenie graficzne elementu pokazane na ryc. 2.21, ur.
Na ryc. Rysunek 2.21a przedstawia obwód realizujący operację OR-NOT. Podłączenie kolektorów elementowych odpowiada działaniu tzw instalacja I. Rzeczywiście wystarczy, że przynajmniej jeden z elementów będzie w stanie otwartym (stan log.0), wówczas prąd wtryskiwaczy kolejnego elementu zostanie zamknięty przez otwarty falownik i ustali się niski poziom log.0 przy łączna wydajność elementów. W rezultacie na tym wyjściu tworzona jest wartość odpowiadająca wyrażeniu logicznemu x 1 · x 2. Zastosowanie do tego transformacji de Morgana prowadzi do wyrażenia x 1 · x 2 = . Dlatego to połączenie elementów faktycznie implementuje operację OR-NOT.
Elementy logiczne ORAZ 2 L mają następujące zalety:
zapewniają wysoki stopień integracji; przy produkcji obwodów I 2 L stosuje się te same procesy technologiczne, co przy produkcji układów scalonych na tranzystorach bipolarnych, ale liczba operacji technologicznych i niezbędnych fotomasek jest mniejsza;
stosuje się obniżone napięcie (około 1 V);
zapewnić możliwość wymiany mocy na prędkość w szerokim zakresie (pobór mocy można zmieniać o kilka rzędów wielkości, co odpowiednio doprowadzi do zmiany prędkości);
są w dobrej zgodzie z elementami TTL.
Na ryc. Rysunek 2.21b przedstawia schemat przejścia od elementów I 2 L do elementu TTL.
Podstawowym elementem logicznym szeregu jest element logiczny AND-NOT. Na ryc. Rysunek 2.3 przedstawia schematy trzech początkowych elementów NAND TTL. Wszystkie obwody zawierają trzy główne stopnie: wejście tranzystorowe VT1, implementacja funkcji logicznej AND; tranzystor oddzielający fazy VT2 oraz stopień wyjściowy typu push-pull.
Ryc. 2.3.a. Schemat ideowy podstawowego elementu serii K131
Zasada działania elementu logicznego serii K131 (ryc. 2.3.a) jest następująca: po odebraniu na którymkolwiek z wejść sygnału o niskim poziomie (0 - 0,4 V) złącze baza-emiter układu multi -tranzystor emiterowy VT1 jest spolaryzowany w kierunku przewodzenia (odblokowany) i prawie cały prąd przepływający przez rezystor R1 jest rozgałęziony do masy, w wyniku czego VT2 zamyka się i działa w trybie odcięcia. Prąd przepływający przez rezystor R2 nasyca bazę tranzystora VT3. Tranzystory VT3 i VT4 połączone zgodnie z obwodem Darlingtona tworzą tranzystor kompozytowy, który jest wtórnikiem emitera. Pełni funkcję stopnia wyjściowego wzmacniającego moc sygnału. Na wyjściu obwodu generowany jest sygnał o wysokim poziomie logicznym.
Jeśli na wszystkie wejścia zostanie dostarczony sygnał wysokiego poziomu, złącze baza-emiter tranzystora wieloemiterowego VT1 znajduje się w trybie zamkniętym. Prąd przepływający przez rezystor R1 nasyca bazę tranzystora VT1, w wyniku czego tranzystor VT5 zostaje odblokowany, a na wyjściu obwodu ustawiany jest poziom logicznego zera.
Ponieważ w momencie przełączania tranzystory VT4 i VT5 są otwarte i przepływa przez nie duży prąd, do obwodu wprowadza się rezystor ograniczający R5.
VT2, R2 i R3 tworzą kaskadę rozdzielania faz. Konieczne jest włączanie tranzystorów wyjściowych n-p-n jeden po drugim. Kaskada ma dwa wyjścia: kolektor i emiter, na których sygnały są przeciwfazowe.
Diody VD1 - VD3 stanowią zabezpieczenie przed impulsami ujemnymi.
Ryc. 2.3.b, c. Schematy ideowe podstawowych elementów serii K155 i K134
W mikroukładach serii K155 i K134 stopień wyjściowy jest zbudowany na niekompozytowym wzmacniaczu (tylko tranzystor VT3) i nasycany tranzystor VT5 wraz z wprowadzeniem diody przesunięcia poziomu VD4(ryc. 2.3, b, c). Ostatnie dwa etapy tworzą złożony falownik, który realizuje logiczną operację NOT. Jeśli wprowadzisz dwa stopnie separacji faz, wówczas zostanie zaimplementowana funkcja OR-NOT.
Na ryc. 2.3 i pokazuje podstawowy element logiczny serii K131 (zagraniczny analog - 74N). Podstawowy element serii K155 (analog zagraniczny - 74) pokazano na ryc. 2.3, b, a na ryc. 2.3, c - element serii K134 (analog zagraniczny - 74L). Teraz te serie praktycznie nie są rozwinięte.
Mikroukłady TTL początkowego rozwoju zaczęto aktywnie zastępować mikroukładami TTLSh, które w swojej wewnętrznej strukturze mają połączenia z barierą Schottky'ego. Tranzystor złączowy Schottky'ego (tranzystor Schottky'ego) opiera się na dobrze znanym obwodzie przełącznika tranzystora nienasyconego (rys. 2.4.a).
Rysunek 2.4. Wyjaśnienie zasady otrzymywania struktury z przejściem Schottky'ego:
a - nienasycony przełącznik tranzystorowy; b - tranzystor z diodą Schottky'ego; c - symbol tranzystora Schottky'ego.
Aby zapobiec nasyceniu tranzystora, między kolektorem a podstawą włącza się diodę. Zastosowanie diody sprzężenia zwrotnego w celu wyeliminowania nasycenia tranzystora po raz pierwszy zaproponował B. N. Kononov, jednak w tym przypadku może ono wzrosnąć do 1 V. Idealną diodą jest dioda barierowa Schottky'ego. Jest to kontakt utworzony pomiędzy metalem a lekko domieszkowanym n-półprzewodnikiem. W metalu tylko część elektronów jest wolna (te poza strefą walencyjną). W półprzewodniku wolne elektrony istnieją na granicy przewodzenia utworzonej przez dodanie atomów zanieczyszczeń. W przypadku braku napięcia polaryzacji liczba elektronów przekraczających barierę po obu stronach jest taka sama, tj. nie ma prądu. Kiedy elektrony są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, mają energię potrzebną do przekroczenia bariery potencjału i przejścia do metalu. Wraz ze wzrostem napięcia polaryzacji szerokość bariery maleje, a prąd przewodzenia gwałtownie rośnie.
W przypadku polaryzacji zaporowej elektrony w półprzewodniku wymagają więcej energii, aby pokonać barierę potencjału. W przypadku elektronów w metalu bariera potencjału nie zależy od napięcia polaryzacji, dlatego płynie niewielki prąd wsteczny, który pozostaje praktycznie stały aż do wystąpienia przebicia lawinowego.
Prąd w diodach Schottky'ego jest określany przez większość nośników, więc jest większy przy tym samym polaryzacji przewodzenia, a zatem spadek napięcia w kierunku przewodzenia na diodzie Schottky'ego jest mniejszy niż na konwencjonalnym złączu p-n przy danym prądzie. Zatem dioda Schottky'ego ma progowe napięcie otwarcia rzędu (0,2-0,3) V, w przeciwieństwie do napięcia progowego konwencjonalnej diody krzemowej wynoszące 0,7 V, i znacznie skraca żywotność nośników mniejszościowych w półprzewodniku.
Na schemacie z rys. 2.4, b tranzystor VT1 jest chroniony przed przejściem w stan nasycenia przez diodę Shatky'ego o niskim progu otwarcia (0,2...0,3) V, więc napięcie nieznacznie wzrośnie w porównaniu do nasyconego tranzystora VT1. Na ryc. 2.4, c pokazuje obwód z „tranzystorem Schottky’ego”. W oparciu o tranzystory Schottky'ego wyprodukowano mikroukłady dwóch głównych serii TTLSh (rys. 2.5)
Na ryc. 2.5 i pokazuje schemat szybkiego elementu logicznego użytego jako podstawa mikroukładów serii K531 (zagraniczny analog - 74S), (S to pierwsza litera nazwiska niemieckiego fizyka Schottky'ego). W tym elemencie obwód emitera kaskady oddzielającej fazy wykonany na tranzystorze VT2, włącza się generator prądu - tranzystor VT6 z rezystorami R4 I R5. Pozwala to zwiększyć wydajność elementu logicznego. W przeciwnym razie ten element logiczny jest podobny do podstawowego elementu serii K131. Jednak wprowadzenie tranzystorów Schottky'ego umożliwiło redukcję tzd.r podwoił się.
Na ryc. 2.5, b pokazuje schemat podstawowego elementu logicznego serii K555 (analog obcy - 74LS). W tym obwodzie zamiast tranzystora wieloemiterowego na wejściu zastosowano matrycę diod Schottky'ego. Wprowadzenie diod Shatky'ego eliminuje gromadzenie się nadmiernych ładunków bazowych, które wydłużają czas wyłączania tranzystora oraz zapewnia stabilność czasu przełączania w całym zakresie temperatur.
Rezystor R6 górnego ramienia stopnia wyjściowego wytwarza niezbędne napięcie u podstawy tranzystora VT3 aby to otworzyć. Aby zmniejszyć zużycie energii, gdy brama jest zamknięta (), rezystor R6 podłączaj nie do wspólnej magistrali, ale do wyjścia elementu.
Dioda VD7, połączone szeregowo z R6 i równolegle do rezystora obciążenia kolektora kaskady separacji faz R2, pozwala zmniejszyć opóźnienie załączenia obwodu poprzez wykorzystanie części energii zmagazynowanej w pojemności obciążenia do zwiększenia prądu kolektora tranzystora VT1 w trybie przejściowym.
Tranzystor VT3 jest realizowany bez diod Schottky'ego, ponieważ działa w trybie aktywnym (wtórnik emitera).
Tranzystor kompozytowy (tranzystor Darlingtona) - połączenie dwóch lub więcej tranzystorów bipolarnych w celu zwiększenia wzmocnienia prądowego. Taki tranzystor stosuje się w obwodach pracujących z dużymi prądami (na przykład w obwodach stabilizatorów napięcia, stopniach wyjściowych wzmacniaczy mocy) oraz w stopniach wejściowych wzmacniaczy, jeśli konieczne jest zapewnienie wysokiej impedancji wejściowej.
Symbol tranzystora kompozytowego
Tranzystor złożony ma trzy zaciski (baza, emiter i kolektor), które odpowiadają zaciskom konwencjonalnego pojedynczego tranzystora. Wzmocnienie prądowe typowego tranzystora złożonego (czasami błędnie nazywanego „superbetą”) wynosi ≈ 1000 dla tranzystorów dużej mocy i ≈ 50 000 dla tranzystorów małej mocy. Oznacza to, że do włączenia tranzystora złożonego wystarczy niewielki prąd bazowy.
W przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych, tranzystory polowe nie są stosowane w połączeniu kompozytowym. Nie ma potrzeby łączenia tranzystorów polowych, ponieważ mają one już wyjątkowo niski prąd wejściowy. Istnieją jednak obwody (na przykład tranzystor bipolarny z izolowaną bramką), w których stosowane są razem tranzystory polowe i bipolarne. W pewnym sensie takie obwody można również uznać za tranzystory kompozytowe. To samo dotyczy tranzystora kompozytowegoMożliwe jest zwiększenie wartości wzmocnienia poprzez zmniejszenie grubości podłoża, ale wiąże się to z pewnymi trudnościami technologicznymi.
Przykład superbeta (super-β)W seriach KT3102, KT3107 można zastosować tranzystory. Można je jednak łączyć również za pomocą schematu Darlingtona. W tym przypadku podstawowy prąd polaryzacji może wynosić zaledwie 50 pA (przykładami takich obwodów są wzmacniacze operacyjne, takie jak LM111 i LM316).
Zdjęcie typowego wzmacniacza wykorzystującego tranzystory kompozytowe
Obwód Darlingtona
Jeden typ takiego tranzystora został wynaleziony przez inżyniera elektryka Sidneya Darlingtona.
Schemat ideowy tranzystora kompozytowego
Tranzystor złożony to kaskadowe połączenie kilku tranzystorów połączonych w taki sposób, że obciążenie w emiterze poprzedniego stopnia stanowi przejście baza-emiter tranzystora następnego stopnia, to znaczy tranzystory są połączone kolektorami i emiter tranzystora wejściowego jest podłączony do bazy tranzystora wyjściowego. Ponadto obciążenie rezystancyjne pierwszego tranzystora można wykorzystać jako część obwodu w celu przyspieszenia zamykania. Takie połączenie jako całość jest uważane za jeden tranzystor, którego wzmocnienie prądowe, gdy tranzystory pracują w trybie aktywnym, jest w przybliżeniu równe iloczynowi wzmocnień pierwszego i drugiego tranzystora:
β с = β 1 ∙ β 2
Pokażmy, że tranzystor kompozytowy faktycznie ma współczynnikβ , znacznie większy niż oba jego składniki. Ustawianie przyrostuDlB= relb1, otrzymujemy:
Dle1 = (1 + β 1) ∙ relB= relb2
DlDo= relk1+dlk2= β 1 ∙ relB+ β 2 ∙ ((1 + β 1) ∙ relB)
Partycypujący Dja do NA dłB, znajdujemy wynikowy współczynnik transmisji różnicowej:
β Σ = β 1 + β 2 + β 1 ∙ β 2
Ponieważ zawszeβ >1 , możemy rozważyć:
β Σ = β 1 ∙ β 1
Należy podkreślić, że współczynnikiβ 1 I β 1 może się różnić nawet w przypadku tranzystorów tego samego typu, ponieważ prąd emiteraja e2 V 1 + β 2razy prąd emiteraja e1(wynika to z oczywistej równościJa b2 = Ja e1).
Schemat Siklai
Para Darlingtonów jest podobna do złącza tranzystorów Sziklai, nazwanego na cześć jej wynalazcy, George'a Sziklai, i czasami nazywana jest także komplementarnym tranzystorem Darlingtona. W przeciwieństwie do obwodu Darlingtona, który składa się z dwóch tranzystorów o tym samym typie przewodności, obwód Sziklai zawiera tranzystory o różnej polaryzacji ( p – n – p i n – p – n ). Para Siklai zachowuje się jak n–p–n -tranzystor o dużym wzmocnieniu. Napięcie wejściowe to napięcie pomiędzy bazą a emiterem tranzystora Q1, a napięcie nasycenia jest równe co najmniej spadkowi napięcia na diodzie. Zaleca się umieszczenie rezystora o niskiej rezystancji pomiędzy bazą a emiterem tranzystora Q2. Obwód ten jest używany w mocnych stopniach wyjściowych typu push-pull, gdy używane są tranzystory wyjściowe o tej samej polaryzacji.
Kaskada Sziklai, podobna do tranzystora przejście n – p – n
Obwód Cascode
Tranzystor kompozytowy, wykonany zgodnie z tzw. Obwodem kaskodowym, charakteryzuje się tym, że tranzystor VT1 jest podłączony w obwodzie ze wspólnym emiterem, a tranzystor VT2 jest podłączony do obwodu ze wspólną bazą. Taki tranzystor kompozytowy jest odpowiednikiem pojedynczego tranzystora połączonego w obwód wspólnego emitera, ale ma znacznie lepsze właściwości częstotliwościowe i większą moc niezniekształconą w obciążeniu, a także może znacznie zmniejszyć efekt Millera (wzrost pojemności zastępczej tranzystora odwracający element wzmacniacza ze względu na sprzężenie zwrotne z wyjścia na wejście tego elementu, gdy jest on wyłączony).
Zalety i wady tranzystorów kompozytowych
Wysokie wartości wzmocnienia w tranzystorach kompozytowych realizowane są tylko w trybie statycznym, dlatego tranzystory kompozytowe są szeroko stosowane w stopniach wejściowych wzmacniaczy operacyjnych. W obwodach o wysokich częstotliwościach tranzystory kompozytowe nie mają już takich zalet - częstotliwość graniczna wzmocnienia prądu i prędkość działania tranzystorów kompozytowych są mniejsze niż te same parametry dla każdego z tranzystorów VT1 i VT2.
Zalety:
A)Wysokie wzmocnienie prądowe.
B)Obwód Darlingtona jest wykonany w postaci układów scalonych i przy tym samym prądzie powierzchnia robocza krzemu jest mniejsza niż w przypadku tranzystorów bipolarnych. Obwody te cieszą się dużym zainteresowaniem przy wysokich napięciach.
Wady:
A)Niska wydajność, szczególnie przejście ze stanu otwartego do zamkniętego. Z tego powodu tranzystory kompozytowe stosowane są przede wszystkim w obwodach kluczy i wzmacniaczy niskiej częstotliwości, przy wysokich częstotliwościach ich parametry są gorsze niż pojedynczego tranzystora.
B)Spadek napięcia w kierunku przewodzenia na złączu baza-emiter w obwodzie Darlingtona jest prawie dwukrotnie większy niż w konwencjonalnym tranzystorze, a dla tranzystorów krzemowych wynosi około 1,2 - 1,4 V (nie może być mniejszy niż dwukrotność spadku napięcia na złączu p-n).
V)Wysokie napięcie nasycenia kolektor-emiter, dla tranzystora krzemowego około 0,9 V (w porównaniu do 0,2 V dla tranzystorów konwencjonalnych) dla tranzystorów małej mocy i około 2 V dla tranzystorów dużej mocy (nie może być mniejsze niż spadek napięcia na złączu p-n plus spadek napięcia na nasyconym tranzystorze wejściowym).
Zastosowanie rezystora obciążającego R1 umożliwia poprawę niektórych właściwości tranzystora kompozytowego. Wartość rezystora dobiera się w taki sposób, aby prąd kolektor-emiter tranzystora VT1 w stanie zamkniętym powodował spadek napięcia na rezystorze, który jest niewystarczający do otwarcia tranzystora VT2. Zatem prąd upływowy tranzystora VT1 nie jest wzmacniany przez tranzystor VT2, zmniejszając w ten sposób całkowity prąd kolektor-emiter tranzystora kompozytowego w stanie wyłączonym. Ponadto zastosowanie rezystora R1 pomaga zwiększyć prędkość tranzystora kompozytowego, wymuszając zamknięcie tranzystora VT2. Zwykle rezystancja R1 wynosi setki omów w przypadku tranzystora Darlingtona o dużej mocy i kilka kOhm w przypadku tranzystora Darlingtona o małym sygnale. Przykładem obwodu z rezystorem emiterowym jest mocny tranzystor Darlington npn typu KT825, jego wzmocnienie prądowe wynosi 10000 (wartość typowa) dla prądu kolektora 10 A.
