Čo je to Darlingtonov tranzistor? Kompozitný tranzistor (Darlingtonov obvod)

Dobrý deň milí čitatelia. Existuje mnoho obvodov, kde sa s veľkým úspechom používajú nádherné vysokovýkonné kompozitné tranzistory KT827 a prirodzene niekedy vzniká potreba ich výmeny. Keď kód pre tieto tranzistory nenájdeme po ruke, začneme premýšľať o ich možných analógoch.

Medzi výrobkami zahraničnej výroby som nenašiel úplné analógy, hoci na internete existuje veľa návrhov a vyhlásení o nahradení týchto tranzistorov TIP142. Ale pre tieto tranzistory je maximálny kolektorový prúd 10A, pre 827 je to 20A, hoci ich výkony sú rovnaké a rovnajú sa 125W. Pre 827 je maximálne saturačné napätie kolektor-emitor dva volty, pre TIP142 je to 3V, čo znamená, že v pulznom režime, keď je tranzistor v saturácii, sa pri kolektorovom prúde 10A uvoľní výkon 20 W na náš tranzistor a v buržoáznom režime - 30 W , takže budete musieť zväčšiť veľkosť radiátora.

Dobrou náhradou by mohol byť tranzistor KT8105A, viď údaje na štítku. Pri kolektorovom prúde 10A nie je saturačné napätie tohto tranzistora väčšie ako 2V. Toto je dobré.

Pri absencii všetkých týchto náhrad vždy zostavujem približný analóg pomocou diskrétnych prvkov. Tranzistorové obvody a ich vzhľad sú znázornené na fotografii 1.

Zvyčajne montujem závesnou inštaláciou, jedna z možných možností je na obrázku 2.

V závislosti od požadovaných parametrov kompozitného tranzistora môžete vybrať náhradné tranzistory. Diagram ukazuje diódy D223A, zvyčajne používam KD521 alebo KD522.

Na fotografii 3 zostavený kompozitný tranzistor pracuje pri zaťažení pri teplote 90 stupňov. Prúd cez tranzistor je v tomto prípade 4A a pokles napätia na ňom je 5 voltov, čo zodpovedá uvoľnenému tepelnému výkonu 20 W. Zvyčajne tento postup vykonávam na polovodičoch do dvoch alebo troch hodín. Pre kremík to nie je vôbec strašidelné. Samozrejme, aby takýto tranzistor fungoval na tomto radiátore vo vnútri puzdra zariadenia, bude potrebné dodatočné prúdenie vzduchu.

Na výber tranzistorov uvádzam tabuľku s parametrami.

Pri návrhu rádioelektronických obvodov často nastávajú situácie, kedy je žiaduce mať tranzistory s lepšími parametrami, ako ponúkajú výrobcovia rádiových prvkov. V niektorých prípadoch môžeme potrebovať vyššie prúdové zosilnenie h 21, v iných vyššiu hodnotu vstupného odporu h 11 a v iných nižšiu hodnotu výstupnej vodivosti h 22. Na vyriešenie týchto problémov je výborná možnosť použitia elektronickej súčiastky, ktorú si rozoberieme nižšie.

Štruktúra kompozitného tranzistora a označenie na schémach

Nižšie uvedený diagram je ekvivalentný jediné n-p-n polovodič. V tomto obvode je prúd emitora VT1 základným prúdom VT2. Kolektorový prúd kompozitného tranzistora je určený hlavne prúdom VT2.

Ide o dva samostatné bipolárne tranzistory vyrobené na rovnakom čipe a v rovnakom balení. V emitorovom obvode prvého bipolárneho tranzistora sa tam nachádza aj zaťažovací odpor. Darlingtonov tranzistor má rovnaké vývody ako štandardný bipolárny tranzistor – bázu, kolektor a emitor.

Ako môžeme vidieť na obrázku vyššie, štandardný kompozitný tranzistor je kombináciou niekoľkých tranzistorov. V závislosti od úrovne zložitosti a straty výkonu môžu existovať viac ako dva Darlingtonove tranzistory.

Hlavnou výhodou kompozitného tranzistora je výrazne vyššie prúdové zosilnenie h 21, ktoré je možné približne vypočítať pomocou vzorca ako súčin parametrov h 21 tranzistorov zaradených do obvodu.

h 21 = h 21vt1 × h21vt2 (1)

Ak je teda zisk prvého 120 a druhého 60, potom sa celkový zisk Darlingtonovho obvodu rovná súčinu týchto hodnôt - 7200.

Majte však na pamäti, že parameter h21 dosť silne závisí od kolektorového prúdu. V prípade, že je základný prúd tranzistora VT2 dostatočne nízky, kolektor VT1 nemusí stačiť na poskytnutie požadovanej hodnoty prúdového zosilnenia h 21. Potom zvýšením h21, a teda znížením základného prúdu kompozitného tranzistora, je možné dosiahnuť zvýšenie kolektorového prúdu VT1. Na tento účel je medzi vysielačom a základňou VT2 zahrnutý dodatočný odpor, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Vypočítajme prvky pre Darlingtonov obvod zostavený napríklad na bipolárnych tranzistoroch BC846A; prúd VT2 je 1 mA. Potom určíme jeho základný prúd z výrazu:

i kvt1 =i bvt2 =i kvt2 / h 21vt2 = 1×10 -3 A / 200 =5×10 -6 A

Pri tak nízkom prúde 5 μA koeficient h21 prudko klesá a celkový koeficient môže byť rádovo menší ako vypočítaný. Zvýšením kolektorového prúdu prvého tranzistora pomocou dodatočného odporu môžete výrazne získať na hodnote všeobecný parameter h21. Keďže napätie na báze je konštantné (pre typický kremíkový trojvodičový polovodič u je = 0,7 V), odpor možno vypočítať z:

R = u bevt2 / i evt1 - i bvt2 = 0,7 voltu / 0,1 mA - 0,005 mA = 7 kOhm

V tomto prípade môžeme počítať s prúdovým ziskom až 40 000. Podľa tohto obvodu je zostrojených veľa superbetta tranzistorov.

Na margo masti spomeniem, že tento Darlingtonov obvod má takú významnú nevýhodu ako zvýšené napätie Uke. Ak je v konvenčných tranzistoroch napätie 0,2 V, potom v kompozitnom tranzistore sa zvýši na úroveň 0,9 V. Je to kvôli potrebe otvoriť VT1, a preto je potrebné použiť úroveň napätia až 0,7 V na jeho základňu (ak sa pri výrobe polovodiča používa kremík).

V dôsledku toho, aby sa odstránil spomínaný nedostatok, boli vykonané menšie zmeny v klasickom obvode a bol získaný komplementárny Darlington tranzistor. Takýto kompozitný tranzistor sa skladá z bipolárnych zariadení, ale s rôznou vodivosťou: p-n-p a n-p-n.

Ruskí a mnohí zahraniční rádioamatéri nazývajú toto spojenie Szyklaiho schéma, hoci táto schéma sa nazývala paradoxná dvojica.

Typickou nevýhodou kompozitných tranzistorov, ktorá obmedzuje ich použitie, je ich nízky výkon, preto sú široko používané len v nízkofrekvenčných obvodoch. Fungujú skvele vo výstupných stupňoch výkonných ULF, v riadiacich obvodoch motorov a automatizačných zariadení a v obvodoch zapaľovania automobilov.

Zapnuté obvodové schémy kompozitný tranzistor sa označuje ako konvenčný bipolárny tranzistor. Aj keď je to zriedkavé, používa sa podmienečne grafický obrázok kompozitný tranzistor v schéme.

Jedným z najbežnejších je integrovaná zostava L293D - ide o štyri prúdové zosilňovače v jednom kryte. Navyše, mikrozostava L293 môže byť definovaná ako štyri tranzistorové elektronické spínače.

Výstupný stupeň mikroobvodu pozostáva z kombinácie Darlingtonových a Sziklaiho obvodov.

Navyše, špecializované mikrozostavy založené na Darlingtonovom okruhu si získali rešpekt aj od rádioamatérov. Napríklad . Tento integrovaný obvod je v podstate maticou siedmich Darlingtonových tranzistorov. Takéto univerzálne zostavy dokonale zdobia amatérske rádiové obvody a robia ich funkčnejšími.

Mikroobvod je sedemkanálový spínač výkonných záťaží založený na kompozitných Darlingtonových tranzistoroch s otvoreným kolektorom. Spínače obsahujú ochranné diódy, ktoré umožňujú spínanie indukčných záťaží, ako sú cievky relé. Prepínač ULN2004 je potrebný pri pripájaní výkonných záťaží k logickým čipom CMOS.

Nabíjací prúd cez batériu v závislosti od napätia na nej (platí pre B-E prechod VT1), je regulovaný tranzistorom VT1, ktorého kolektorové napätie riadi indikátor nabíjania na LED (ako nabíjanie prebieha, nabíjací prúd klesá a LED postupne zhasína) a výkonný kompozitný tranzistor obsahujúci VT2, VT3, VT4.

Signál vyžadujúci zosilnenie cez predbežný ULF sa privádza do predbežného diferenciálneho zosilňovača postaveného na kompozitných VT1 a VT2. Pomocou diferenciálneho obvodu v stupeň zosilňovača, znižuje účinky hluku a zabezpečuje negatívnu spätnú väzbu. Napätie OS je privádzané do základne tranzistora VT2 z výstupu výkonového zosilňovača. OS podľa DC realizované cez odpor R6.

Keď je generátor zapnutý, kondenzátor C1 sa začne nabíjať, potom sa otvorí zenerova dióda a relé K1 bude fungovať. Kondenzátor sa začne vybíjať cez odpor a kompozitný tranzistor. Po krátkom čase sa relé vypne a začne sa nový cyklus generátora.

Kompozitný tranzistor (Darlingtonov tranzistor) - kombinácia dvoch alebo viacerých bipolárnych tranzistorov na zvýšenie prúdového zosilnenia. Takýto tranzistor sa používa v obvodoch, ktoré pracujú s vysokými prúdmi (napríklad v obvodoch stabilizátorov napätia, koncových stupňoch výkonových zosilňovačov) a vo vstupných stupňoch zosilňovačov, ak je potrebné zabezpečiť vysokú vstupnú impedanciu.

Symbol pre kompozitný tranzistor

Zložený tranzistor má tri vývody (základňa, emitor a kolektor), ktoré sú ekvivalentné vývodom bežného jednoduchého tranzistora. Prúdové zosilnenie typického zloženého tranzistora (niekedy mylne nazývaného „superbeta“) je pre vysokovýkonné tranzistory ≈ 1 000 a pre nízkovýkonové tranzistory ≈ 50 000. To znamená, že na zapnutie zloženého tranzistora stačí malý prúd bázy.

Na rozdiel od bipolárnych tranzistorov sa tranzistory s efektom poľa nepoužívajú v kompozitnom zapojení. Nie je potrebné kombinovať tranzistory s efektom poľa, pretože už majú extrémne nízky vstupný prúd. Existujú však obvody (napríklad bipolárny tranzistor s izolovaným hradlom), kde sa súčasne používajú tranzistory s efektom poľa a bipolárne tranzistory. V istom zmysle možno takéto obvody považovať aj za kompozitné tranzistory. To isté platí pre kompozitný tranzistorJe možné zvýšiť hodnotu zisku znížením hrúbky základne, čo však predstavuje určité technologické ťažkosti.

Príklad superbeta (super-β)tranzistory môžu byť použité v sérii KT3102, KT3107. Môžu sa však kombinovať aj pomocou Darlingtonovej schémy. V tomto prípade môže byť základný predpätý prúd rovný iba 50 pA (príkladmi takýchto obvodov sú operačné zosilňovače ako LM111 a LM316).

Fotografia typického zosilňovača s použitím kompozitných tranzistorov

Darlingtonský okruh

Jeden typ takéhoto tranzistora vynašiel elektrotechnik Sidney Darlington.

Schematický diagram kompozitného tranzistora

Zložený tranzistor je kaskádové spojenie viacerých tranzistorov zapojených tak, že záťaž v emitore predchádzajúceho stupňa je prechodom báza-emitor tranzistora nasledujúceho stupňa, to znamená, že tranzistory sú spojené kolektormi a emitor vstupného tranzistora je spojený s bázou výstupného tranzistora. Okrem toho môže byť ako súčasť obvodu použitá odporová záťaž prvého tranzistora na urýchlenie zatvárania. Takéto spojenie ako celok sa považuje za jeden tranzistor, ktorého prúdové zosilnenie, keď tranzistory pracujú v aktívnom režime, sa približne rovná súčinu zosilnenia prvého a druhého tranzistora:

β с = β 1 ∙ β 2

Ukážme, že kompozitný tranzistor má skutočne koeficientβ , podstatne väčší ako obe jeho zložky. Nastavenie prírastkudlb= dlb1, dostaneme:

dle1 = (1 + p1) ∙ dlb= dlb2

dlKomu= dlk1+ dlk2= β1∙ dlb+ β 2 ∙ ((1 + β 1) ∙ dlb)

Zdieľanie dl do na dlb, zistíme výsledný koeficient diferenciálneho prenosu:

β Σ = β 1 + β 2 + β 1 ∙ β 2

Pretože vždyβ >1 , dalo by sa zvážiť:

β Σ = β 1 ∙ β 1

Treba zdôrazniť, že koeficientyβ 1 A β 1 sa môže líšiť aj v prípade tranzistorov rovnakého typu, pretože prúd emitoraJa e2 V 1 + p2násobok prúdu emitoraJa e1(vyplýva to zo zjavnej rovnostiI b2 = I e1).

Schéma Siklai

Darlingtonov pár je podobný Sziklaiovmu tranzistorovému zapojeniu, pomenovanému po jeho vynálezcovi Georgovi Sziklaiovi a niekedy sa nazýva aj komplementárny Darlingtonov tranzistor. Na rozdiel od Darlingtonovho obvodu, ktorý pozostáva z dvoch tranzistorov rovnakého typu vodivosti, Sziklaiho obvod obsahuje tranzistory rôznych polarít ( p – n – p a n – p – n ). Manželia Siklaiovci sa správajú ako n–p–n -tranzistor s vysokým ziskom. Vstupné napätie je napätie medzi bázou a emitorom tranzistora Q1 a saturačné napätie sa rovná aspoň poklesu napätia na dióde. Odporúča sa zaradiť medzi bázu a emitor tranzistora Q2 odpor s nízkym odporom. Tento obvod sa používa vo výkonných výstupných stupňoch push-pull pri použití výstupných tranzistorov rovnakej polarity.

Sziklaiho kaskáda, podobná tranzistoru s n – p – n prechod

Cascode obvod

Kompozitný tranzistor vyrobený podľa takzvaného kaskádového obvodu sa vyznačuje tým, že tranzistor VT1 je zapojený do obvodu so spoločným emitorom a tranzistor VT2 je zapojený do obvodu so spoločnou bázou. Takýto kompozitný tranzistor je ekvivalentom jedného tranzistora zapojeného do obvodu so spoločným emitorom, ale má oveľa lepšie frekvenčné vlastnosti a väčší neskreslený výkon v záťaži a tiež umožňuje výrazne znížiť Millerov efekt (zvýšenie ekvivalentnej kapacity invertujúceho zosilňovača v dôsledku spätná väzba z výstupu na vstup tohto prvku, keď je vypnutý).

Výhody a nevýhody kompozitných tranzistorov

Vysoké hodnoty zosilnenia v kompozitných tranzistoroch sú realizované iba v statickom režime, takže kompozitné tranzistory sú široko používané vo vstupných stupňoch operačných zosilňovačov. V diagramoch na vysoké frekvencie kompozitné tranzistory už také výhody nemajú - limitná frekvencia zosilnenia prúdu a rýchlosť prevádzky kompozitných tranzistorov je menšia ako rovnaké parametre pre každý z tranzistorov VT1 a VT2.

Výhody:

A)Vysoký prúdový zisk.

b)Darlingtonov obvod sa vyrába vo forme integrovaných obvodov a pri rovnakom prúde je pracovná plocha kremíka menšia ako pri bipolárnych tranzistoroch. O tieto obvody je veľký záujem pri vysokých napätiach.

nedostatky:

A)Nízky výkon, najmä prechod z otvoreného do zatvoreného stavu. Z tohto dôvodu sa kompozitné tranzistory používajú predovšetkým v obvodoch nízkofrekvenčných kľúčov a zosilňovačov, pri vysokých frekvenciách sú ich parametre horšie ako pri jednom tranzistore.

b)Pokles napätia v doprednom smere na prechode báza-emitor v Darlingtonovom obvode je takmer dvakrát väčší ako v bežnom tranzistore a je približne 1,2 - 1,4 V pre kremíkové tranzistory (nemôže byť menší ako dvojnásobok poklesu napätia na p-n križovatka).

V)Vysoké saturačné napätie kolektor-emitor, pre kremíkový tranzistor asi 0,9 V (v porovnaní s 0,2 V pre konvenčné tranzistory) pre tranzistory s nízkym výkonom a asi 2 V pre tranzistory s vysokým výkonom (nemôže byť menšie ako pokles napätia na p-n prechode plus pokles napätia na nasýtenom vstupnom tranzistore).

Použitie zaťažovacieho odporu R1 umožňuje zlepšiť niektoré charakteristiky kompozitného tranzistora. Hodnota odporu je zvolená tak, že kolektor-emitorový prúd tranzistora VT1 v zatvorenom stave vytvára pokles napätia na rezistore, ktorý nestačí na otvorenie tranzistora VT2. Zvodový prúd tranzistora VT1 teda nie je zosilnený tranzistorom VT2, čím sa znižuje celkový kolektor-emitorový prúd kompozitného tranzistora vo vypnutom stave. Okrem toho použitie odporu R1 pomáha zvýšiť rýchlosť kompozitného tranzistora vynútením uzavretia tranzistora VT2. Typicky je odpor R1 stovky ohmov vo vysokovýkonnom Darlingtonovom tranzistore a niekoľko kOhmov v Darlingtonovom tranzistore s malým signálom. Príkladom obvodu s emitorovým odporom je mocný n-p-n- Darlingtonov tranzistor typu KT825, jeho prúdové zosilnenie je 10000 (typická hodnota) pri kolektorovom prúde 10 A.

Označenie kompozitného tranzistora, vytvoreného z dvoch samostatných tranzistorov spojených podľa Darlingtonovho obvodu, je naznačené na obrázku č.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 koeficientov prúdového zosilnenia 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 dvojice vstupujúcich do neho tranzistorov.
Kompletný obvod kompozitného tranzistora je znázornený na obrázku 2. V tomto obvode tvoria odpory R1 a R2 delič napätia, ktorý vytvára predpätie na báze prvého tranzistora. Rezistor Rн 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 má vysokú citlivosť na vstupný signál a vyznačuje sa tým vysoký stupeň výstupný kolektorový prúd, ktorý umožňuje využiť tento prúd ako riadiaci prúd (najmä pri nízkom napájacom napätí). Použitie Darlingtonovho obvodu 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 impedancia. V tomto zmysle sú jeho charakteristiky podobné charakteristikám znižovacieho transformátora. Na rozdiel od transformátora však Darlingtonov obvod umožňuje zosilnenie vysokého výkonu. Vstupný odpor obvodu je približne rovný $²Rn a jeho výstupný odpor je zvyčajne menší ako Rн. V spínacích zariadeniach sa Darlingtonov obvod používa vo frekvenčnom rozsahu do 25 kHz.

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

• Podobné články

Prihláste sa pomocou:

Náhodné články

• 08.10.2014

  Stereo ovládanie hlasitosti, vyváženia a tónu na TCA5550 má nasledujúce parametre: Nízke nelineárne 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 nastavenia tónu -14...+14dB Rozsah nastavenia vyváženia 3dB Rozdiel medzi kanálmi 45dB Odstup signálu od šumu...

Ak pripojíte tranzistory podľa obr. 2,60, potom bude výsledný obvod fungovať ako jeden tranzistor a jeho koeficient β sa bude rovnať súčinu koeficientov β komponenty tranzistorov.

Ryža. 2,60. Kompozitný tranzistor Darlington .

Táto technika je užitočná pre obvody, ktoré zvládajú vysoké prúdy (ako sú regulátory napätia alebo výstupné stupne výkonového zosilňovača) alebo pre vstupné stupne zosilňovača, ktoré vyžadujú vysokú vstupnú impedanciu.

V Darlingtonovom tranzistore je pokles napätia medzi bázou a emitorom dvojnásobkom normálneho napätia a saturačné napätie sa rovná minimálne poklesu napätia na dióde (pretože potenciál emitora tranzistora T 1 musí prekročiť potenciál tranzistorového emitora T 2 poklesom napätia na dióde). Navyše, takto zapojené tranzistory sa správajú ako jeden tranzistor s dosť nízkou rýchlosťou, keďže tranzistor T 1 nemôže rýchlo vypnúť tranzistor T 2. Vzhľadom na túto vlastnosť je zvyčajne medzi bázou a emitorom tranzistora T 2 zapnite rezistor (obr. 2.61).

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

Rezistor R zabraňuje predpätiu tranzistorov T 2 do vodivosti v dôsledku zvodových prúdov tranzistorov T 1 A T 2. Odpor rezistora je zvolený tak, aby zvodové prúdy (merané v nanoampéroch pre tranzistory s malým signálom a v stovkách mikroampérov pre vysokovýkonné tranzistory) vytvorili na ňom pokles napätia, ktorý nepresahuje pokles napätia na dióde, a súčasne tak, aby ním pretekal prúd, ktorý je malý v porovnaní s prúdom bázy tranzistora T 2. Zvyčajne odpor R je niekoľko stoviek ohmov vo vysokovýkonnom Darlingtonovom tranzistore a niekoľko tisíc ohmov u Darlingtonovho tranzistora s malým signálom.

Priemysel vyrába Darlingtonove tranzistory vo forme kompletných modulov, ktoré zvyčajne obsahujú emitorový odpor. Príkladom takejto štandardnej schémy je výkonný n‑р‑n Darlingtonov tranzistor je typu 2N6282, jeho prúdové zosilnenie je 4000 (typické) pre kolektorový prúd 10 A.

Pripojenie tranzistorov podľa schémy Sziklai (Sziklai). Zapojenie tranzistorov podľa Sziklaiho obvodu je obvod podobný tomu, na ktorý sme sa práve pozreli. Poskytuje tiež zvýšenie koeficientu β . Niekedy sa takémuto zapojeniu hovorí komplementárny Darlingtonov tranzistor (obr. 2.62).

Ryža. 2.62 . Pripojenie tranzistorov podľa schémy Siklai(„doplnkový Darlingtonov tranzistor“).

Obvod sa správa ako tranzistor n‑р‑n– typ 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 bázou a emitorom tranzistora T 2 Odporúča sa zahrnúť 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.

Ryža. 2.63. Výkonná push-pull kaskáda, ktorá využíva iba výstupné tranzistory n‑р‑n-typ.

Ako predtým, odpor je kolektorový odpor tranzistora T 1. Darlingtonov tranzistor tvorený tranzistormi T 2 A T 3, sa správa ako jeden tranzistor n‑р‑n-typu s veľkým prúdovým zosilnením. Tranzistory T 4 A T 5, zapojené podľa obvodu Sziklai, sa správajú ako výkonný tranzistor p-n-p– typ s vysokým ziskom. Ako predtým, odpory R 3 A R 4 majú malý odpor. Tento obvod sa niekedy nazýva push-pull repeater s kvázikomplementárnou symetriou. V skutočnej kaskáde s dodatočnou symetriou (doplnkovou), tranzistormi T 4 A T 5 by boli zapojené podľa Darlingtonovho obvodu.

Tranzistor s ultra vysokým prúdovým ziskom. Kompozitné tranzistory - Darlingtonove tranzistory a podobne - by sa nemali zamieňať s tranzistormi s ultravysokým prúdovým ziskom, ktoré majú veľmi vysoký zisk. h 21E získané počas technologického procesu výroby prvku. Príkladom takéhoto prvku je tranzistor typu 2N5962, pre ktorý je zaručený minimálny prúdový zisk 450 pri zmene kolektorového prúdu v rozsahu od 10 μA do 10 mA; tento tranzistor patrí do série prvkov 2N5961‑2N5963, ktorá sa vyznačuje rozsahom maximálny stres U CE od 30 do 60 V (ak by malo byť kolektorové napätie vyššie, mali by ste hodnotu znížiť β ). Priemysel vyrába páry tranzistorov s ultra vysokými hodnotami koeficientu β . Používajú sa v zosilňovačoch s nízkym signálom, pre ktoré musia mať tranzistory prispôsobené charakteristiky; venovaný tejto problematike oddiele 2.18. Príkladmi takýchto štandardných obvodov sú obvody ako LM394 a MAT-01; sú to páry tranzistorov s vysokým ziskom, v ktorých je napätie U BE prispôsobené zlomkom milivoltu (najlepšie obvody poskytujú prispôsobenie až 50 μV) a koeficient h 21E– do 1 %. Obvod typu MAT-03 je párovaný pár p-n-p- tranzistory.

Tranzistory s ultravysokým pomerom β možno kombinovať podľa Darlingtonovej schémy. V tomto prípade môže byť základný predpätý prúd rovný iba 50 pA (príkladmi takýchto obvodov sú operačné zosilňovače ako LM111 a LM316.

Odkaz na sledovanie

Pri nastavovaní predpätia, napríklad v emitorovom sledovači, sa deličové odpory v základnom obvode volia tak, aby delič vo vzťahu k základni pôsobil ako tvrdý zdroj napätia, to znamená, že odpor paralelne zapojených odporov je podstatne menší ako vstupný odpor obvodu na bočných základniach. V tomto ohľade je vstupný odpor celého obvodu určený deličom napätia - pre signál prichádzajúci na jeho vstup je vstupný odpor oveľa menší, ako je skutočne potrebné. Na obr. Obrázok 2.64 ukazuje zodpovedajúci príklad.

Ryža. 2.64.

Vstupná impedancia obvodu je približne 9 kΩ a odpor deliča napätia pre vstupný signál je 10 kΩ. Je žiaduce, aby vstupný odpor bol vždy vysoký a v každom prípade je nerozumné zaťažiť zdroj vstupného signálu obvodu deličom, ktorý je v konečnom dôsledku potrebný iba na zabezpečenie predpätia tranzistora. Komunikačný spôsob sledovania vám umožňuje dostať sa z tejto ťažkosti (obr. 2.65).

Ryža. 2,65. Zvýšenie vstupnej impedancie vysielača pri frekvenciách signálu zahrnutím deliča do sledovacieho obvodu, ktorý poskytuje základné predpätie.

Predpätie tranzistorov je zabezpečené odpormi R1, R2, R3. Kondenzátor C 2 je zvolený tak, že jeho celkový odpor pri signálových frekvenciách je malý v porovnaní s odporom predpätia rezistorov. Ako vždy, predpätie bude stabilné, ak jednosmerný odpor jeho zdroja daný v základni (v tomto prípade 9,7 kOhm) je výrazne menší ako jednosmerný odpor zo základne (v tomto prípade ~ 100 kOhm). Ale tu sa vstupný odpor pre frekvencie signálu nerovná jednosmernému odporu.

Zvážte cestu signálu: vstupný signál U v generuje signál na vysielači u E ~= si v, takže prírastok prúdu pretekajúceho cez predpäťový rezistor R 3, bude i = (si v – u E)/R 3~= 0, t.j. Z v = si v /aj vstup) ~=

Zistili sme, že vstupný (bočný) odpor obvodu predpätia je veľmi vysoký frekvencie signálu .

Ďalší prístup k analýze obvodu je založený na skutočnosti, že pokles napätia na rezistore R 3 pre všetky frekvencie signálu je rovnaký (keďže napätie medzi jeho svorkami sa mení rovnako), t.j. je zdrojom prúdu. Ale odpor zdroja prúdu je nekonečný. V skutočnosti skutočná hodnota odporu nie je nekonečná, pretože zosilnenie sledovača je o niečo menšie ako 1. Je to spôsobené tým, že pokles napätia medzi bázou a emitorom závisí od kolektorového prúdu, ktorý sa mení so zmenou úrovne signálu. . Rovnaký výsledok možno získať, ak vezmeme do úvahy delič tvorený výstupným odporom na strane emitora [ r E = 25/ja K(mA) Ohm] a emitorový odpor. Ak je napäťové zosilnenie opakovača označené A (A~= 1), potom hodnota efektívneho odporu R 3 pri rovnakých frekvenciách signálu R 3 /(1 – A). V praxi efektívna hodnota odporu R 3 je približne 100-krát väčší ako jeho nominálna hodnota a na vstupnom odpore dominuje vstupný odpor tranzistora na strane bázy. V invertujúcom zosilňovači so spoločným vysielačom je možné vytvoriť podobné sledovacie spojenie, pretože signál na vysielači nasleduje signál na základni. Všimnite si, že obvod deliča predpätia je napájaný striedavým prúdom (pri signálových frekvenciách) z výstupu emitora s nízkou impedanciou, takže vstupný signál to nemusí robiť.

Servo pripojenie v záťaži kolektora. Princíp servospojky sa môže použiť na zvýšenie efektívneho odporu kolektorového zaťažovacieho odporu, ak je kaskáda zaťažená zosilňovačom. V tomto prípade sa výrazne zvýši napäťový zisk kaskády [pripomeňme si to KU = – g m R K, A g m = 1/(R 3 + r E)]·

Na obr. Obrázok 2.66 zobrazuje príklad výstupného stupňa push-pull so servoprepojením, zostaveného podobne ako obvod push-pull zosilňovača diskutovaný vyššie.

Ryža. 2.66. Servospojka v kolektorovom zaťažení výkonového zosilňovača, ktorý je zaťažovacím stupňom.

Keďže výstup opakuje signál na základe tranzistora T 2, kondenzátor S vytvára sledovacie spojenie do kolektorovej záťaže tranzistora T 1 a udržiava konštantný pokles napätia na rezistore R 2 v prítomnosti signálu (impedancia kondenzátora S by mal byť malý v porovnaní s R 1 A R 2 v celom frekvenčnom pásme signálu). Vďaka tomu odpor R 2 sa stáva podobným zdroju prúdu, zosilnenie tranzistora sa zvyšuje T 1 napätie a udržiava dostatočné napätie na báze tranzistora T 2 aj pri špičkových hodnotách signálu. Keď sa signál priblíži k napájaciemu napätiu U QC potenciál v mieste pripojenia odporu R 1 A R 2 sa stáva viac ako U QC, vďaka náboju nahromadenému kondenzátorom S. Navyše, ak R 1 = R 2(dobrá voľba pre výber rezistorov), potom potenciál v mieste ich pripojenia prekročí U QC 1,5-krát v momente, keď sa výstupný signál vyrovná U QC. Tento obvod si získal veľkú obľubu pri vývoji nízkofrekvenčných zosilňovačov pre domácnosť, hoci jednoduchý zdroj prúdu má výhody oproti servoobvodu, pretože nie je potrebné používať nežiaduci prvok - elektrolytický kondenzátor - a poskytuje najlepšie vlastnosti pri nízkych frekvenciách.