Komposit transistor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. maj 2021; checks kræver 6 redigeringer .

En sammensat transistor er en elektrisk forbindelse mellem to (eller flere) bipolære transistorer , felteffekttransistorer eller IGBT - transistorer for at forbedre deres elektriske egenskaber. Disse kredsløb omfatter det såkaldte Darlington - par, Shiklai-parret, kaskodetransistor -koblingskredsløbet, det såkaldte strømspejlkredsløb osv.

Et par Darlingtons

Den sammensatte Darlington-transistor (eller kredsløb) (ofte et Darlington-par) blev foreslået i 1953 af Bell Laboratories ingeniør Sidney Darlington . Kredsløbet er en kaskadeforbindelse af to (sjældent tre eller flere) bipolære [1] transistorer, forbundet på en sådan måde, at belastningen i emitterkredsløbet i det foregående trin er basis-emitter-overgangen af transistoren i det næste trin ( det vil sige, at emitteren af den forrige transistor er forbundet til bunden af den næste), med transistorernes kollektorer er forbundet. I dette kredsløb er emitterstrømmen for den forrige transistor basisstrømmen for den næste transistor.

Strømforstærkningen af et Darlington-par er meget høj og er omtrent lig med produktet af strømforstærkningen af de transistorer, der udgør et sådant par. Kraftige transistorer forbundet i henhold til Darlington-parkredsløbet, strukturelt fremstillet i én pakke (for eksempel KT825-transistoren), har en garanteret strømforstærkning under normale driftsforhold på mindst 750 [2] .

For Darlington-par samlet på laveffekttransistorer kan denne koefficient nå op på 50.000 .

En høj strømforstærkning giver kontrol over en lille strøm, der påføres styreindgangen på en sammensat transistor, udgangsstrømme, der overstiger indgangsstrømmen med flere størrelsesordener.

Det er også muligt at opnå en stigning i den nuværende gevinst ved at reducere tykkelsen af basen under fremstillingen af transistoren, sådanne transistorer er produceret af industrien og kaldes "superbeta transistorer", men processen med deres fremstilling præsenterer visse teknologiske vanskeligheder og sådanne transistorer har meget lave kollektordriftsspændinger, der ikke overstiger nogle få volt. Eksempler på superbeta-transistorer er serien af enkelttransistorer KT3102, KT3107. Sådanne transistorer er dog nogle gange kombineret i et Darlington-kredsløb. I relativt højstrøms- og højspændingskredsløb, hvor det er påkrævet at reducere styrestrømmen, anvendes Darlington-par eller Shiklai-par derfor.

Nogle gange kaldes Darlington-kredsløbet også forkert en "superbeta-transistor" [3] .

Sammensatte Darlington-transistorer bruges i højstrømskredsløb, såsom lineære spændingsregulatorkredsløb , effektforstærkerudgangstrin ) og i forstærkerindgangstrin , hvis høj indgangsimpedans og lave indgangsstrømme er påkrævet.

Den sammensatte transistor har tre elektriske terminaler, der svarer til basis-, emitter- og kollektorterminalerne på en konventionel enkelt transistor. Nogle gange bruger kredsløbet en resistiv belastning på indgangstransistorens emitter for at fremskynde slukningen af udgangstransistoren og reducere indflydelsen af indgangstransistorens indledende strøm, som vist på figuren.

Et Darlington-par betragtes generelt elektrisk som én transistor, hvis strømforstærkning, når transistorerne fungerer i en lineær tilstand, er omtrent lig med produktet af forstærkningen af alle transistorer, for eksempel to:

\beta _{D}\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2},

hvor er strømforstærkningen af Darlington-parret, er strømforstærkningen af parrets transistorer. $\beta _{D}$ $\beta _{1},$ $\beta _{2}$

Lad os vise, at den sammensatte transistor faktisk har en koefficient , som er meget større end den for begge dens to transistorer. Analysen blev udført for et kredsløb uden emittermodstand (se figur). $\beta$ $R_{1}$

Emitterstrømmen af enhver transistor gennem basisstrømmen er den statiske strømoverførselskoefficient for basen og fra den 1. Kirchhoff-regel er udtrykt ved formlen $I_{\text{E))$ $I_{\text{B)),$ $\beta$

I_{\text{E}}=I_{\text{B}}+I_{\text{C}}=I_{\text{B}}+I_{\text{B}}\cdot \ beta =I_{\text{B}}\cdot (1+\beta ),

hvor er opsamlerstrømmen.

I_{\text{C))

Da emitterstrømmen af den anden transistor , igen fra den 1. Kirchhoff-regel er lig med $I_{\text{E2))$

I_{\text{E2}}=I_{\text{B1}}+I_{\text{C1}}+I_{\text{C2}}),

hvor er basisstrømmen for den 1. transistor, er transistorernes kollektorstrømme. $I_{\text{B1))$ $I_{\text{C1)),$ $I_{\text{C2))$

Vi har:

\beta _{D}=\beta _{1}+\beta _{2}+\beta _{1}\cdot \beta _{2},

hvor er de statiske strømoverførselskoefficienter for basen til kollektoren for transistor 1 og 2. $\beta _{1},$ $\beta _{2},$

Da transistorer har $\beta \gg 1,$ $\beta _{D}\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2}.$

Koefficienterne og adskiller sig selv i tilfælde af brug af et par transistorer, der er fuldstændig identiske i alle parametre, da emitterstrømmen er flere gange større end emitterstrømmen (dette følger af den åbenlyse lighed og den statiske strømoverførselskoefficient for transistor afhænger markant af kollektorstrømmen og kan variere mange gange ved forskellige strømme [4] ). $\beta_{1}$ $\beta _{2}$ $I_{\text{E2))$ ${\displaystyle 1+\beta _{2))$ $I_{\text{E1))$ $I_{\text{B2}}=I_{\text{E1)),$

Par Shiklai

Et par Darlingtons svarer til forbindelsen af transistorer i henhold til Sziklai-skemaet ( engelsk Sziklai-par ), opkaldt efter dets opfinder George C. Shiklai (en sådan translitteration af efternavnet blev rettet ved en fejl - ifølge reglerne i det ungarske sprog , efternavnet udtales som Siklai), også nogle gange kaldet den komplementære Darlington-transistor [5] . I modsætning til Darlington-kredsløbet, som består af to transistorer af samme type ledningsevne, indeholder Shiklai-kredsløbet transistorer med forskellige typer ledningsevne (pnp og npn).

Shiklai-parret vist på figuren svarer elektrisk til en high-gain npn-transistor. Indgangsspændingen er spændingen mellem basen og emitteren af transistoren Q1, og mætningsspændingen er mindst lig med spændingsfaldet over dioden [ angiv ] . En modstand med en lille modstand er normalt forbundet mellem basen og emitteren af transistoren Q2. Et sådant skema bruges for eksempel i forskellige versioner af Lin-forstærkeren , i udgangstrinnet, hvor transistorer med samme ledningsevne er installeret.

Kaskodeskema

Den sammensatte transistor, lavet efter det såkaldte kaskodekredsløb, er kendetegnet ved, at transistoren T1 er forbundet i henhold til kredsløbet med en fælles emitter, og transistoren T2 - ifølge kredsløbet med en fælles base. En sådan sammensat transistor svarer til en enkelt transistor forbundet i henhold til et fælles emitterkredsløb, men den har samtidig meget bedre frekvensegenskaber, høj udgangsimpedans og et større lineært område, det vil sige, at den forvrænger det transmitterede signal mindre. Da indgangstransistorens kollektorpotentiale forbliver praktisk talt uændret, undertrykker dette den uønskede påvirkning af Miller-effekten betydeligt og udvider driftsfrekvensområdet.

Fordele og ulemper ved sammensatte transistorer

Høje forstærkningsværdier i sammensatte transistorer realiseres kun i en statisk tilstand, så sammensatte transistorer er meget udbredt i indgangstrinene af operationsforstærkere. I kredsløb med høje frekvenser har sammensatte transistorer ikke længere sådanne fordele - afskæringsfrekvensen for strømforstærkning og hastigheden af sammensatte transistorer er mindre end de samme parametre for hver af transistorerne VT1 og VT2 .

Fordele ved kompositpar Darlington og Shiklai:

Høj strømforstærkning.
Darlington-kredsløbet er fremstillet som en del af integrerede kredsløb , og ved samme strøm er arealet optaget af et par på overfladen af en siliciumkrystal mindre end arealet af en enkelt bipolær transistor.
De bruges ved relativt høje spændinger.

Ulemper ved en sammensat transistor:

Lav ydeevne, især i nøgletilstanden under overgangen fra åben til lukket. Derfor bruges sammensatte transistorer hovedsageligt i lavfrekvente nøgle- og forstærkerkredsløb, der fungerer i en lineær tilstand. Ved høje frekvenser er deres frekvensparametre værre end dem for en enkelt transistor.
Ligespændingsfaldet Ube for en sammensat transistor i Darlington-kredsløbet er næsten dobbelt så meget [6] end for en enkelt transistor, og for siliciumtransistorer er det i området 0,6 - 1,4 V, da det er lig med summen af spændingsfaldene på fremadrettede pn-forbindelser to transistorer.
Stor kollektor-emitter- mætningsspænding , for en siliciumtransistor, ca. 0,9 V (sammenlignet med 0,2 V for konventionelle transistorer) for laveffekttransistorer og ca. 2 V for højeffekttransistorer, da den ikke kan være mindre end spændingsfaldet over den fremadrettede transistor pn junction plus spændingsfaldet over den mættede indgangstransistor.

Brugen af en belastningsmodstand R1 giver dig mulighed for at forbedre nogle af egenskaberne for den sammensatte transistor. Værdien af modstanden vælges således, at kollektor-emitterstrømmen af transistoren VT1 i den lukkede tilstand (den indledende kollektorstrøm) skaber et spændingsfald over modstanden, der er utilstrækkeligt til at åbne transistoren VT2 . Lækstrømmen af transistoren VT1 forstærkes således ikke af transistoren VT2 , hvorved den samlede kollektor-emitterstrøm for den sammensatte transistoren i lukket tilstand reduceres. Derudover hjælper brugen af modstand R1 med at øge hastigheden af den sammensatte transistoren ved at tvinge lukningen af transistoren, da minoritetsbærerne akkumuleret i VT2 -basen, når den er låst fra mætningstilstanden, ikke kun opløses, men også drænes igennem denne modstand. Typisk er modstanden R1 valgt til at være hundredvis af ohm i en Darlington-transistor med høj effekt og nogle få kilo-ohm i en Darlington-transistor med lav effekt. Et eksempel på et Darlington-kredsløb, lavet i én pakke med en indbygget emittermodstand, er en kraftig npn Darlington-transistor af typen KT827, dens typiske strømforstærkning er omkring 1000 ved en kollektorstrøm på 10 A.

Noter

↑ Felteffekttransistorer , i modsætning til bipolære, bruges ikke i en sammensat forbindelse, da de har en høj indgangsmodstand styres af spænding, ikke strøm, og en sådan inklusion er upraktisk.
↑ Teknisk datablad for KT825-transistoren Arkiveret 8. december 2014 på Wayback-maskinen .
↑ Superbeta (super-β) transistorer kaldes transistorer med en ekstrem høj strømforstærkning, opnået på grund af en meget lille basistykkelse og ikke på grund af sammensat inklusion. I dette tilfælde kan driftsbasisstrømmen for en enkelt transistor reduceres til titusinder af pA. Sådanne transistorer bruges i det første trin af operationsforstærkere med ultralave indgangsstrømme, for eksempel typerne LM111 og LM316.
↑ Stepanenko I.P. Grundlæggende om teorien om transistorer og transistorkredsløb . - 4. udg., revideret. og yderligere .. - M . : Energi, 1977. - S. 233, 234. - 672 s.
↑ Horowitz P., Hill W. Kredsløbskunsten : I 3 bind: Pr. Med. engelsk - 4. udg., revideret. og yderligere - M . : Mir, 1993. - T. 1. - S. 104, 105. - 413 s. — 50.000 eksemplarer. — ISBN 5-03-002337-2 .
↑ Dette er ikke altid (ikke i alle applikationer) en ulempe, men altid en funktion, der skal tages i betragtning ved beregning af kredsløbet for jævnstrøm, og som ikke tillader dig direkte at erstatte en enkelt transistor med en sammensat Darlington.

Elektroniske komponenter
Passiv	Modstand Variabel modstand Trimmer modstand Varistor fotomodstand Kondensator variabel kondensator Trimmer kondensator Varikond Induktor Transformer Kvarts resonator Sikring Nulstillelig sikring memristor baretter
Aktiv fast tilstand	Diode Lysdiode Fotodiode laser diode Schottky diode zener diode Stabistor Varicap Magnetodiode Diode bro Gunn diode tunnel diode Lavine diode Lavine diode Transistor bipolær transistor Felteffekt transistor CMOS transistor unijunction transistor Fototransistor Komposit transistor ballistisk transistor Integreret kredsløb Digitalt integreret kredsløb Analogt integreret kredsløb Analog-digital integreret kredsløb hybrid integreret kredsløb Thyristor Triac Dinistor fototyristor Optokobler ( modstandsoptokobler ) Hall sensor
Aktivt vakuum og gasudledning	Vakuum lamper Elektrovakuumdiode ( Kenotron ) Triode tetrode stråle tetrode Pentode hexod Heptod ( Pentagrid ) okt Nonod mekatron Udladningslamper zener diode Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decathron Magnetron Klystron Amplitron ( Platinotron ) Vandrende bølgelampe Backwave lampe Katodestrålerør
Displayenheder	Katodestrålerør LCD display Lysdiode Udledningsindikator Vakuum fluorescerende indikator Blinker resultattavle Syv-segment indikator Matrix indikator Kinescope
Akustisk	Mikrofon Højttaler Strain gauge Piezokeramisk emitter Summer telefonkapsel
Termoelektrisk	Termistor Termoelement Peltier-elementet

Transistor forstærkere
Bipolære transistorer	almindelig udsender med fælles manifold med fælles grundlag
FET'er	med fælles afløb med en fælles kilde med fælles lukker
Transistortrin	Darlington-par ("komposit" transistor) Et par Shiklai Differentialkaskade Cascode forstærker