Pokud jsou tranzistory zapojeny podle obr. 2,60, pak bude výsledný obvod pracovat jako jeden tranzistor a jeho koeficient β bude roven součinu koeficientů β jednotlivých tranzistorů. Tato technika je užitečná pro obvody s vysokým proudem (jako jsou regulátory napětí nebo koncové stupně výkonového zesilovače) nebo pro přední konce zesilovačů, kde je vyžadována vysoká vstupní impedance.
Rýže. 2,60. Kompozitní Darlington tranzistor.
U Darlingtonova tranzistoru je úbytek napětí mezi bází a emitorem dvojnásobný oproti normálu a saturační napětí je alespoň rovné úbytku napětí na diodě (protože potenciál emitoru tranzistoru T 1 musí převyšovat potenciál emitoru tranzistoru T 2 o velikost poklesu napětí na diodě). Navíc se takto zapojené tranzistory chovají jako jeden tranzistor s dosti nízkou rychlostí, protože tranzistor T1 nemůže rychle vypnout tranzistor T2. Vzhledem k této vlastnosti bývá mezi bází a emitorem tranzistoru T 2 zařazen rezistor (obr. 2.61). Rezistor R zabraňuje tranzistoru T2, aby se přimíchal do oblasti vodivosti vlivem svodových proudů tranzistorů T1 a T2. Odpor rezistoru je zvolen tak, aby svodové proudy (měřené v nanoampérech pro tranzistory s malým signálem a ve stovkách mikroampérů pro tranzistory s vysokým výkonem) na něm nevytvářely úbytek napětí větší než úbytek napětí na diodě, a přitom stále umožňoval proudění proudu. přes to. malý ve srovnání s proudem báze tranzistoru T 2 . Typicky je odpor R několik set ohmů u Darlingtonova tranzistoru s vysokým výkonem a několik tisíc ohmů u Darlingtonova tranzistoru s malým signálem.
Rýže. 2.61. Zvýšení vypínací rychlosti ve složeném Darlingtonově tranzistoru.
Průmysl vyrábí Darlingtonovy tranzistory ve formě kompletních modulů, včetně zpravidla emitorového odporu. Příkladem takového standardního obvodu je výkonný n-p-n - Darlington typ 2N6282, jeho proudové zesílení je 4000 (typické) pro kolektorový proud 10 A.
Zapojení tranzistorů podle Shiklaiho schématu (Sziklai). Zapojení tranzistorů podle Shiklaiova obvodu je obvod podobný tomu. kterou jsme právě zkontrolovali. Poskytuje také zvýšení koeficientu β. Někdy se takové zapojení nazývá komplementární Darlingtonův tranzistor (obr. 2.62). Obvod se chová jako NPN tranzistor s velkým koeficientem β. Obvod má jediné napětí mezi bází a emitorem a saturační napětí se stejně jako v předchozím obvodu rovná alespoň poklesu napětí na diodě. Mezi bázi a emitor tranzistoru T 2 se doporučuje zařadit odpor s malým odporem. Návrháři používají tento obvod ve vysoce výkonných push-pull výstupních stupních, když chtějí použít výstupní tranzistory pouze jedné polarity. Příklad takového obvodu je na Obr. 2.63. Stejně jako dříve je rezistorem kolektorový rezistor tranzistoru T1 Darlingtonův tranzistor tvořený tranzistory T2 a T3. se chová jako jeden NPN tranzistor. s vysokým proudovým ziskem. Tranzistory T 4 a T 5, zapojené podle Shiklaiova obvodu, se chovají jako výkonný p-n-p tranzistor. s vysokým ziskem. Stejně jako dříve mají odpory R3 a R4 malý odpor. Tento obvod je někdy označován jako push-pull sledovač s kvazikomplementární symetrií. V reálné kaskádě s dodatečnou symetrií (komplementární) by byly tranzistory T 4 a T 5 zapojeny do Darlingtonova obvodu.
Rýže. 2.62. Zapojení tranzistorů podle Shiklaiho schématu („doplňování Darlingtonova tranzistoru“).
Rýže. 2.63. Výkonná push-pull kaskáda, která využívá pouze výstupní tranzistory typu n-p-n.
Tranzistor se super vysokým proudovým ziskem. Kompozitní tranzistory - Darlingtonův tranzistor a podobně - nezaměňujte s tranzistory s extrémně vysokým proudovým zesílením, u kterých se při technologickém procesu výroby prvku získá velmi velká hodnota koeficientu h 21e. Příkladem takového prvku je tranzistor typu 2N5962. u kterých je zaručen minimální proudový zisk 450 při změně kolektorového proudu v rozsahu od 10 μA do 10 mA; tento tranzistor patří do řady prvků 2N5961-2N5963, která se vyznačuje maximálním rozsahem napětí Uke od 30 do 60 V (pokud by mělo být napětí kolektoru vyšší, pak byste měli jít na snížení hodnoty C). Průmysl vyrábí párované páry tranzistorů s extrémně velkou hodnotou koeficientu β. Používají se v zesilovačích s nízkým signálem, pro které musí mít tranzistory přizpůsobené charakteristiky; toto číslo je věnováno sekt. 2.18. Příklady takových standardních obvodů jsou obvody jako LM394 a MAT-01; jsou to tranzistorové páry s vysokým zesílením, ve kterých je napětí Ube přizpůsobeno zlomkům milivoltu (v nejlepších obvodech je přizpůsobení zajištěno až do 50 μV) a koeficient h 21e je do 1 %. Obvod typu MAT-03 je sladěná dvojice p-n-p tranzistorů.
Tranzistory s extrémně velkou hodnotou koeficientu β lze kombinovat podle Darlingtonova obvodu. V tomto případě může být základní zkreslený proud roven pouze 50 pA (příklady takových obvodů jsou operační zesilovače jako LM111 a LM316.
Pokud otevřete jakoukoli knihu o elektronickém inženýrství, můžete okamžitě vidět, kolik prvků je pojmenováno po jejich tvůrcích: Schottkyho dioda, Zenerova dioda (aka zenerova dioda), Gunnova dioda, Darlingtonův tranzistor.
Elektrotechnik Sidney Darlington experimentoval s kartáčovanými stejnosměrnými motory a jejich řídicími obvody. V obvodech byly použity proudové zesilovače.
Inženýr Darlington vynalezl a patentoval tranzistor sestávající ze dvou bipolárních a vyrobený na jediném křemíkovém krystalu s rozptýleným n(negativní) a p(pozitivní) přechody. Nové polovodičové zařízení bylo pojmenováno po něm.
V domácí technické literatuře se Darlingtonův tranzistor nazývá kompozitní. Pojďme ho tedy blíže poznat!
Kompozitní tranzistorové zařízení.
Jak již bylo zmíněno, jedná se o dva nebo více tranzistorů vyrobených na stejném polovodičovém čipu a zabalených v jednom společném obalu. V emitorovém obvodu prvního tranzistoru je také zatěžovací rezistor.
Darlingtonův tranzistor má stejné závěry jako známý bipolární tranzistor: báze (Base), emitor (Emitter) a kolektor (Collector).
Darlingtonův diagram
Jak vidíte, takový tranzistor je kombinací několika. V závislosti na výkonu může obsahovat více než dva bipolární tranzistory. Stojí za zmínku, že ve vysokonapěťové elektronice se také používá tranzistor, skládající se z bipolárního a polního. Jedná se o IGBT tranzistor. Může být také klasifikován jako kompozitní, hybridní polovodičová zařízení.
Hlavní vlastnosti Darlingtonova tranzistoru.
Hlavní výhodou kompozitního tranzistoru je velký proudový zisk.
Je třeba připomenout jeden z hlavních parametrů bipolárního tranzistoru. Toto je zisk ( h 21). Označuje se také písmenem β ("beta") řecké abecedy. Je vždy větší nebo roven 1. Pokud je zesílení prvního tranzistoru 120 a druhého 60, pak se zesílení kompozitu již rovná součinu těchto hodnot, tedy 7200, což je velmi dobrý. Výsledkem je, že k sepnutí tranzistoru stačí velmi malý proud báze.
Inženýr Shiklai (Sziklai) poněkud upravil Darlingtonovo zapojení a dostal tranzistor, kterému se říkalo komplementární Darlingtonův tranzistor. Připomeňme, že komplementární pár se nazývá dva prvky s naprosto stejnými elektrickými parametry, ale různou vodivostí. Takový pár najednou byly KT315 a KT361. Na rozdíl od Darlingtonova tranzistoru je kompozitní tranzistor podle Shiklaiho schématu sestaven z bipolární různé vodivosti: p-n-p A n-p-n. Zde je příklad Shiklai kompozitního tranzistoru, který funguje jako npn tranzistor, i když se skládá ze dvou různých struktur.
Shiklai schéma
Mezi nevýhody kompozitních tranzistorů patří nízký výkon, takže jsou široce používány pouze v nízkofrekvenčních obvodech. Takové tranzistory se osvědčily v koncových stupních výkonných nízkofrekvenčních zesilovačů, v řídicích obvodech elektromotorů a ve spínačích elektronických zapalovacích obvodů automobilů.
Hlavní elektrické parametry:
Napětí kolektor-emitor 500 V;
Napěťový emitor - základna 5 V;
Kolektorový proud - 15 A;
Maximální kolektorový proud - 30 A;
Ztrátový výkon při 25 0 C - 135 W;
Teplota krystalu (přechodu) je 175 0 C.
Na schématech zapojení není žádná speciální ikona symbolu pro označení kompozitních tranzistorů. V drtivé většině případů je na schématu označen jako obyčejný tranzistor. I když existují výjimky. Zde je jedno z jeho možných označení na schématu zapojení.
Dovolte mi připomenout, že Darlingtonova sestava může mít jak strukturu p-n-p, tak strukturu n-p-n. V tomto ohledu vyrábějí výrobci elektronických součástek komplementární páry. Patří mezi ně řady TIP120-127 a MJ11028-33. Takže například tranzistory TIP120, TIP121, TIP122 mají strukturu n-p-n a TIP125, TIP126, TIP127 - p-n-p.
Také na schématech zapojení můžete najít takové označení.
Příklady použití kompozitního tranzistoru.
Zvažte řídicí obvod kolektorového motoru s Darlingtonovým tranzistorem.
Když se do báze prvního tranzistoru přivede proud cca 1mA, proteče jeho kolektorem proud 1000x větší, tedy 1000mA. Ukazuje se, že jednoduchý obvod má slušný zisk. Místo motoru můžete připojit elektrickou žárovku nebo relé, pomocí kterého můžete spínat výkonné zátěže.
Pokud se místo sestavy Darlington použije sestava Shiklai, pak je zátěž připojena k emitorovému obvodu druhého tranzistoru a není připojena k plusu, ale k mínusu napájecího zdroje.
Pokud zkombinujete Darlington tranzistor a Shiklai sestavu, získáte push-pull proudový zesilovač. Nazývá se push-pull, protože v určitém okamžiku může být otevřen pouze jeden ze dvou tranzistorů, horní nebo dolní. Tento obvod invertuje vstupní signál, to znamená, že výstupní napětí bude opačné než vstupní.
To není vždy vhodné, a proto se na vstup push-pull proudového zesilovače přidává další měnič. V tomto případě výstupní signál přesně opakuje signál na vstupu.
Aplikace Darlingtonovy sestavy v mikroobvodech.
Široce se používají integrované obvody obsahující několik kompozitních tranzistorů. Jednou z nejběžnějších je integrální sestava L293D. Často se používá u jejich milovníků domácí robotiky. Čip L293D jsou čtyři proudové zesilovače ve společném pouzdře. Protože ve výše popsaném push-pull zesilovači je vždy otevřen pouze jeden tranzistor, je výstup zesilovače připojen střídavě buď k plusu nebo mínusu zdroje energie. Záleží na vstupním napětí. Ve skutečnosti máme elektronický klíč. Čip L293 lze definovat jako čtyři elektronické klíče.
Zde je "kousek" obvodu koncového stupně čipu L293D, převzatý z jeho datasheetu (referenčního listu).
Jak vidíte, koncový stupeň se skládá z kombinace obvodů Darlington a Shiklai. Horní část obvodu je kompozitní tranzistor podle Shiklaiova obvodu a spodní část je vyrobena podle Darlingtonova obvodu.
Mnoho lidí si pamatuje doby, kdy místo DVD přehrávačů byly videorekordéry. A pomocí čipu L293 byly ovládány dva elektromotory videorekordéru, a to v plně funkčním režimu. U každého motoru bylo možné řídit nejen směr otáčení, ale přiváděním signálů z PWM regulátoru bylo možné do značné míry řídit rychlost otáčení.
Velmi rozsáhlého využití se dočkaly i specializované mikroobvody založené na Darlingtonově obvodu. Příkladem je čip ULN2003A (obdoba K1109KT22). Tento integrovaný obvod je maticí sedmi Darlingtonových tranzistorů. Takové univerzální sestavy lze snadno použít v amatérských rádiových obvodech, například rádiem řízené relé. O tomto I.
Pokud jsou tranzistory zapojeny podle obr. 2,60, pak bude výsledný obvod fungovat jako jeden tranzistor a jeho koeficient β se bude rovnat součinu koeficientů β komponentní tranzistory.
Rýže. 2,60. Kompozitní tranzistor Darlington .
Tato technika je užitečná pro obvody s vysokým proudem (jako jsou regulátory napětí nebo koncové stupně výkonového zesilovače) nebo pro přední konce zesilovačů, kde je vyžadována vysoká vstupní impedance.
U Darlingtonova tranzistoru je úbytek napětí mezi bází a emitorem dvojnásobný oproti normálu a saturační napětí se rovná alespoň úbytku napětí na diodě (protože emitorový potenciál tranzistoru T 1 musí překročit emitorový potenciál tranzistoru T 2 poklesem napětí na diodě). Navíc se takto zapojené tranzistory chovají jako jeden tranzistor s poměrně nízkou rychlostí, protože tranzistor T 1 nelze rychle vypnout tranzistor T 2. Vzhledem k této vlastnosti obvykle mezi bází a emitorem tranzistoru T 2 zahrnují rezistor (obr. 2.61).
Rýže. 2.61. Zvýšení vypínací rychlosti ve složeném Darlingtonově tranzistoru.
Rezistor R zabraňuje předpětí tranzistorů T 2 do vodivosti v důsledku svodových proudů tranzistorů T 1 A T 2. Odpor rezistoru je zvolen tak, aby svodové proudy (měřené v nanoampérech pro tranzistory s malým signálem a ve stovkách mikroampérů pro tranzistory s vysokým výkonem) na něm vytvořily úbytek napětí, který nepřesahuje úbytek napětí na diodě, a na ve stejnou dobu, takže jím protéká proud, který je malý ve srovnání s proudem báze tranzistoru T 2. Obvykle odpor R je několik set ohmů u výkonného Darlingtonova tranzistoru a několik tisíc ohmů u Darlingtonova tranzistoru s malým signálem.
Průmysl vyrábí Darlingtonovy tranzistory ve formě kompletních modulů, včetně zpravidla emitorového odporu. Příkladem takového standardního schématu je mocný n-p-n- Darlingtonův tranzistor typ 2N6282, jeho proudové zesílení je 4000 (typické) pro kolektorový proud 10 A.
Zapojení tranzistorů podle Shiklaiho schématu (Sziklai). Zapojení tranzistorů podle Shiklaiova obvodu je obvod podobný tomu, který jsme právě recenzovali. Poskytuje také zvýšení koeficientu β . Někdy se takové zapojení nazývá komplementární Darlingtonův tranzistor (obr. 2.62).
Rýže. 2.62 . Zapojení tranzistorů podle schématu Shiklai("doplňující Darlingtonův tranzistor").
Obvod se chová jako tranzistor n-p-n-typ s velkým koeficientem β . Obvod má jediné napětí mezi bází a emitorem a saturační napětí se stejně jako v předchozím obvodu rovná alespoň poklesu napětí na diodě. Mezi bází a emitorem tranzistoru T 2 doporučuje se zařadit rezistor s malým odporem. Návrháři používají tento obvod ve vysoce výkonných push-pull výstupních stupních, když chtějí použít výstupní tranzistory pouze jedné polarity. Příklad takového obvodu je na Obr. 2.63.
Rýže. 2.63. Výkonný push-pull stupeň, který využívá pouze výstupní tranzistory n-p-n-typ.
Stejně jako dříve je rezistor kolektorový rezistor tranzistoru Τ 1. Darlingtonův tranzistor tvořený tranzistory T 2 A T 3, se chová jako jeden tranzistor n-p-n-typ, s vysokým proudovým ziskem. tranzistory T 4 A T 5, zapojený podle Shiklaiova schématu, se chovají jako výkonný tranzistor p-n-p- typ s vysokým ziskem. Stejně jako předtím odpory R3 A R4 mají malý odpor. Tento obvod je někdy označován jako push-pull sledovač s kvazikomplementární symetrií. V reálné kaskádě s dodatečnou symetrií (komplementární), tranzistory T 4 A T 5 by byly zapojeny podle Darlingtonova schématu.
Tranzistor se super vysokým proudovým ziskem. Kompozitní tranzistory - Darlingtonův tranzistor apod. - by neměly být zaměňovány s tranzistory s extrémně vysokým proudovým zesílením, u kterých je velmi vysoká hodnota koeficientu h 21E získané během technologického procesu výroby prvku. Příkladem takového prvku je tranzistor typu 2N5962, u kterého je zaručeno minimální proudové zesílení 450 při změně kolektorového proudu v rozsahu od 10 μA do 10 mA; tento tranzistor patří do řady prvků 2N5961‑2N5963, která se vyznačuje maximálním rozsahem napětí U CE od 30 do 60 V (pokud by mělo být kolektorové napětí vyšší, pak byste měli jít na snížení hodnoty β ). Průmysl vyrábí párové páry tranzistorů s extrémně vysokou hodnotou koeficientu β . Používají se v zesilovačích s nízkým signálem, pro které musí mít tranzistory přizpůsobené charakteristiky; věnované této problematice sek. 2.18. Příklady takových standardních obvodů jsou obvody jako LM394 a MAT-01; jsou to tranzistorové páry s vysokým ziskem, ve kterých nap U BE přizpůsobené na zlomky milivoltu (nejlepší obvody poskytují přizpůsobení až 50 μV) a koeficient h 21E- až 1 %. Obvod typu MAT‑03 je spárovaný pár p-n-p-tranzistory.
Tranzistory s extra vysokou hodnotou koeficientu β lze kombinovat podle Darlingtonova schématu. V tomto případě může být základní zkreslený proud roven pouze 50 pA (příklady takových obvodů jsou operační zesilovače jako LM111 a LM316.
sledovací odkaz
Při nastavování předpětí např. v emitorovém sledovači jsou dělicí odpory v základním obvodu voleny tak, aby dělič působil jako tvrdý zdroj napětí vůči bázi, tj. aby odpor rezistorů zapojených v paralelní je mnohem menší než vstupní odpor obvodu z bočních základen. V tomto ohledu je vstupní impedance celého obvodu určena děličem napětí - pro signál vstupující na jeho vstup je vstupní impedance mnohem menší, než je skutečně nutné. Na Obr. 2.64 ukazuje odpovídající příklad.
Rýže. 2.64.
Vstupní impedance obvodu je přibližně 9 kΩ a odpor děliče napětí pro vstupní signál je 10 kΩ. Je žádoucí, aby vstupní impedance byla vždy velká a v každém případě je nerozumné zatěžovat vstupní zdroj obvodu děličem, který je nakonec potřeba pouze k zajištění předpětí pro tranzistor. Metoda tracing link (obr. 2.65) umožňuje dostat se z obtížnosti.
Rýže. 2,65. Zvýšení vstupní impedance emitorového sledovače na signálových frekvencích díky zahrnutí děliče do sledovacího obvodu, který zajišťuje posun báze.
Rezistory poskytují předpětí tranzistorů R1, R2, R3. Kondenzátor Od 2 je zvolen tak, že jeho impedance na signálových frekvencích je malá ve srovnání s odporem předpětí. Předpětí bude jako vždy stabilní, pokud bude stejnosměrný odpor jeho zdroje daný v základně (v tomto případě 9,7 kΩ) výrazně menší než stejnosměrný odpor ze strany základny (v tomto případě ~ 100 kΩ). Zde se však vstupní impedance pro frekvence signálu nerovná stejnosměrnému odporu.
Zvažte cestu signálu: vstupní signál U dovnitř generuje signál na vysílači u e ~= jste v, takže přírůstek proudu protékajícího přes odpor předpětí R3, bude i = (jste v – u e)/R3~= 0, tj. Z v = jste v /jsem v) ~=
Zjistili jsme, že vstupní (boční) odpor obvodu předpětí je velmi vysoký frekvence signálu .
Další přístup k analýze obvodu je založen na skutečnosti, že pokles napětí na rezistoru R3 pro všechny frekvence signálu je stejný (protože napětí mezi jeho svorkami se mění stejně), tj. je zdrojem proudu. Ale odpor zdroje proudu je nekonečný. Ve skutečnosti není skutečná hodnota odporu nekonečná, protože zesílení sledovače je o něco menší než 1. Toto je způsobeno skutečností, že úbytek napětí mezi bází a emitorem závisí na kolektorovém proudu, který se mění s úroveň signálu. Stejný výsledek lze získat, pokud vezmeme v úvahu dělič tvořený výstupním odporem na straně emitoru [ r e = 25/já K(mA) Ohm] a emitorový odpor. Pokud je vyznačeno napěťové zesílení sledovače A (A~= 1), pak efektivní hodnota odporu R3 při frekvencích signálu se rovná R3 /(1 – A). V praxi efektivní hodnota odporu R3 více než jeho nominální hodnota asi 100krát a vstupní odpor tranzistoru z báze dominuje ve vstupním odporu. V invertujícím zesilovači se společným emitorem lze vytvořit podobnou sledovací vazbu, protože signál na emitoru opakuje signál na bázi. Všimněte si, že obvod děliče předpětí je napájen střídavým proudem (při signálových frekvencích) z výstupu emitoru s nízkým odporem, takže vstupní signál to nemusí řešit.
Sledovací připojení v zátěži kolektoru. Princip servovazby lze použít ke zvýšení efektivního odporu zatěžovacího odporu kolektoru, pokud je kaskáda zatížena sledovačem. V tomto případě se výrazně zvýší napěťové zesílení kaskády [připomeňme si to K U = – g m R K, A g m = 1/(R3 + r e)]·
Na Obr. 2.66 ukazuje příklad výstupního stupně push-pull servopohonu, sestaveného podobně jako obvod push-pull sledovače diskutovaný výše.
Rýže. 2.66. Sledovací zapojení v kolektorové zátěži výkonového zesilovače, což je zátěžový stupeň.
Protože výstup opakuje signál na bázi tranzistoru T 2, kondenzátor S vytváří navazující spojení se zátěží kolektoru tranzistoru T 1 a udržuje konstantní pokles napětí na rezistoru R2 v přítomnosti signálu (impedance kondenzátoru S by měla být malá ve srovnání s R1 A R2 v celé šířce pásma signálu). Kvůli tomu odpor R2 se stává podobným zdroji proudu, zesílení tranzistoru se zvyšuje T 1 napětím a dostatečné napětí je udržováno na bázi tranzistoru T 2 i při špičkové úrovni signálu. Když se signál přiblíží k napájecímu napětí U QC potenciál v místě připojení rezistorů R1 A R2 se stává více než U QC kvůli náboji uloženému v kondenzátoru S. Zároveň, pokud R1 = R2(dobrá volba rezistorů), pak potenciál v místě jejich připojení překročí U QC 1,5krát v okamžiku, kdy se výstupní signál rovná U QC. Tento obvod se stal velmi oblíbeným při vývoji nízkofrekvenčních spotřebitelských zesilovačů, i když jednoduchý proudový zdroj má oproti servovazbovému obvodu výhody v tom, že eliminuje potřebu nežádoucího prvku - elektrolytického kondenzátoru - a poskytuje lepší nízkofrekvenční výkon.
Při návrhu obvodů pro rádiová elektronická zařízení je často žádoucí mít tranzistory s parametry lepšími, než jaké nabízejí výrobci rádiových elektronických součástek (nebo lepšími, než umožňuje dostupná technologie výroby tranzistorů). Nejčastěji se s touto situací setkáváme při návrhu integrovaných obvodů. Obvykle potřebujeme větší proudový zisk h 21, vyšší hodnota vstupního odporu h 11 nebo menší výstupní vodivost h 22 .
Pro zlepšení parametrů tranzistorů umožňují různé obvody kompozitních tranzistorů. Existuje mnoho možností, jak realizovat kompozitní tranzistor z polních nebo bipolárních tranzistorů různé vodivosti a zároveň zlepšit jeho parametry. Darlingtonovo schéma je nejpoužívanější. V nejjednodušším případě se jedná o spojení dvou tranzistorů stejné polarity. Příklad Darlingtonova obvodu na npn tranzistorech je na obrázku 1.
Obrázek 1 Darlingtonův obvod na npn tranzistorech
Výše uvedený obvod je ekvivalentní jedinému npn tranzistoru. V tomto obvodu je emitorový proud tranzistoru VT1 základním proudem tranzistoru VT2. Kolektorový proud kompozitního tranzistoru je určen především proudem tranzistoru VT2. Hlavní výhodou Darlingtonova obvodu je vysoký proudový zisk h 21, který lze zhruba definovat jako produkt h 21 tranzistorů zahrnutých v obvodu:
(1)Je však třeba mít na paměti, že koeficient h 21 je dosti silně závislá na kolektorovém proudu. Proto při nízkých hodnotách kolektorového proudu tranzistoru VT1 může jeho hodnota výrazně klesnout. Příklad závislosti h 21 z kolektorového proudu pro různé tranzistory je na obrázku 2
Obrázek 2 Závislost zesílení tranzistorů na kolektorovém proudu
Jak je z těchto grafů patrné, koeficient h 21e se prakticky nemění pouze pro dva tranzistory: domácí KT361V a zahraniční BC846A. U ostatních tranzistorů závisí proudový zisk výrazně na kolektorovém proudu.
V případě, že je základní proud tranzistoru VT2 dostatečně malý, kolektorový proud tranzistoru VT1 nemusí být dostatečný k zajištění požadované hodnoty proudového zesílení. h 21. V tomto případě zvýšení koeficientu h 21 a v souladu s tím lze snížení proudu báze kompozitního tranzistoru dosáhnout zvýšením kolektorového proudu tranzistoru VT1. K tomu je mezi základnu a emitor tranzistoru VT2 připojen další odpor, jak je znázorněno na obrázku 3.
Obrázek 3 Kompozitní Darlingtonův tranzistor s přídavným rezistorem v emitorovém obvodu prvního tranzistoru
Pro příklad definujme prvky pro Darlingtonův obvod, sestavený na tranzistorech BC846A. Proud tranzistoru VT2 nechť je 1 mA. Pak se jeho základní proud bude rovnat:
(2)
Při tomto proudu, aktuální zisk h 21 prudce klesne a celkové proudové zesílení může být výrazně menší než vypočítané. Zvýšením kolektorového proudu tranzistoru VT1 pomocí rezistoru můžete výrazně vyhrát hodnotu celkového zisku h 21. Protože napětí na bázi tranzistoru je konstantní (pro křemíkový tranzistor u být = 0,7 V), pak vypočítáme podle Ohmova zákona:
(3)V tomto případě máme právo očekávat proudový zisk až 40 000. Tolik se vyrábí tuzemských i zahraničních superbetta tranzistorů, např. KT972, KT973 nebo KT825, TIP41C, TIP42C. Darlingtonův obvod je široce používán v koncových stupních nízkofrekvenčních zesilovačů (), operačních zesilovačů a například i digitálních.
Je třeba poznamenat, že Darlingtonův obvod má takovou nevýhodu, jako je zvýšené napětí U ke. Pokud v konvenčních tranzistorech U ke je 0,2 V, pak v kompozitním tranzistoru toto napětí stoupne na 0,9 V. To je způsobeno nutností otevřít tranzistor VT1, a proto by mělo být na jeho bázi přivedeno napětí 0,7 V (pokud uvažujeme křemík tranzistory).
Aby se tento nedostatek odstranil, byl vyvinut obvod kompozitního tranzistoru na bázi komplementárních tranzistorů. Na ruském internetu se tomu říkalo schéma Shiklai. Tento název pochází z knihy Tietzeho a Schencka, ačkoli tento okruh měl dříve jiný název. Například v sovětské literatuře se tomu říkalo paradoxní pár. V knize V.E.Heleina a V.H.Holmese je kompozitní tranzistor na komplementárních tranzistorech nazýván Whiteovým obvodem, budeme mu tedy říkat jednoduše kompozitní tranzistor. Schéma kompozitního pnp tranzistoru na komplementárních tranzistorech je na obrázku 4.
Obrázek 4 Kompozitní pnp tranzistor na komplementárních tranzistorech
Stejným způsobem se vytvoří tranzistor npn. Schéma kompozitního npn tranzistoru na komplementárních tranzistorech je na obrázku 5.
Obrázek 5 Kompozitní npn tranzistor na komplementárních tranzistorech
V seznamu literatury je na prvním místě kniha vydání z roku 1974, ale jsou zde KNIHY a další vydání. Existují základy, které dlouho nezastarají, a velké množství autorů, kteří tyto základy prostě opakují. Musíte umět mluvit jasně! Za celou dobu své profesní činnosti jsem potkal necelých deset KNIH. Vždy doporučuji naučit se analogové obvody z této knihy.
Datum poslední aktualizace souboru 18.06.2018
Literatura:
Spolu s článkem „Kompozitní tranzistor (Darlingtonův obvod)“ čte:
http://website/Sxemoteh/ShVklTrz/kaskod/
http://website/Sxemoteh/ShVklTrz/OE/