Wenn Sie die Transistoren wie in Abb. 2,60, dann arbeitet die resultierende Schaltung als ein Transistor und sein Koeffizient β ist gleich dem Produkt der β-Koeffizienten der Komponententransistoren. Diese Technik eignet sich für Schaltkreise, die hohe Ströme verarbeiten (z. B. Spannungsregler oder Leistungsverstärker-Ausgangsstufen) oder für Verstärker-Eingangsstufen, die eine hohe Eingangsimpedanz erfordern.
Reis. 2,60. Zusammengesetzter Darlington-Transistor.
Bei einem Darlington-Transistor ist der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter doppelt so groß wie normal und die Sättigungsspannung entspricht mindestens dem Spannungsabfall an der Diode (da das Emitterpotential des Transistors T 1 das Emitterpotential des Transistors überschreiten muss). T 2 um den Betrag des Spannungsabfalls an der Diode). Darüber hinaus verhalten sich auf diese Weise verbundene Transistoren wie ein Transistor mit relativ geringer Geschwindigkeit, da der Transistor T 1 den Transistor T 2 nicht schnell ausschalten kann. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaft wird üblicherweise zwischen Basis und Emitter des Transistors T 2 ein Widerstand eingefügt (Abb. 2.61). Der Widerstand R verhindert, dass der Transistor T2 aufgrund von Leckströmen der Transistoren T1 und T2 in den Leitungsbereich gelangt. Der Widerstandswert des Widerstands wird so gewählt, dass die Leckströme (gemessen in Nanoampere für Kleinsignaltransistoren und in Hunderten von Mikroampere für Hochleistungstransistoren) an ihm einen Spannungsabfall erzeugen, der den Spannungsabfall an der Diode nicht überschreitet, und gleichzeitig fließt Strom durch ihn. klein im Vergleich zum Basisstrom des Transistors T 2. Typischerweise beträgt der Widerstand R bei einem Hochleistungs-Darlington-Transistor mehrere hundert Ohm und bei einem Kleinsignal-Darlington-Transistor mehrere tausend Ohm.
Reis. 2.61. Erhöhung der Abschaltgeschwindigkeit in einem zusammengesetzten Darlington-Transistor.
Die Industrie stellt Darlington-Transistoren in Form kompletter Module her, die meist einen Emitterwiderstand enthalten. Ein Beispiel für eine solche Standardschaltung ist der Darlington-Leistungs-Npn-Transistor vom Typ 2N6282, der eine Stromverstärkung von 4000 (typisch) bei einem Kollektorstrom von 10 A aufweist.
Anschluss von Transistoren nach der Sziklai-Schaltung. Die Verbindung von Transistoren nach der Sziklai-Schaltung ist eine ähnliche Schaltung. was wir gerade angeschaut haben. Es sorgt auch für eine Erhöhung des β-Koeffizienten. Manchmal wird eine solche Verbindung als komplementärer Darlington-Transistor bezeichnet (Abb. 2.62). Die Schaltung verhält sich wie ein NPN-Transistor mit einem großen β-Koeffizienten. Die Schaltung hat eine einzige Spannung zwischen Basis und Emitter und die Sättigungsspannung ist wie in der vorherigen Schaltung mindestens gleich dem Spannungsabfall an der Diode. Es wird empfohlen, zwischen Basis und Emitter des Transistors T2 einen Widerstand mit niedrigem Widerstand einzubauen. Entwickler verwenden diese Schaltung in Hochleistungs-Push-Pull-Ausgangsstufen, wenn sie Ausgangstransistoren nur einer Polarität verwenden möchten. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist in Abb. 2,63. Wie zuvor ist der Widerstand der Kollektorwiderstand des Darlington-Transistors T 1, der aus den Transistoren T 2 und T 3 besteht. verhält sich wie ein einzelner NPN-Transistor. mit hoher Stromverstärkung. Die nach der Sziklai-Schaltung verschalteten Transistoren T 4 und T 5 verhalten sich wie ein leistungsstarker pnp-Transistor. mit hohem Gewinn. Wie zuvor haben die Widerstände R 3 und R 4 einen kleinen Widerstandswert. Diese Schaltung wird manchmal als Push-Pull-Repeater mit quasi-komplementärer Symmetrie bezeichnet. In einer echten Kaskade mit zusätzlicher Symmetrie (komplementär) wären die Transistoren T 4 und T 5 nach einer Darlington-Schaltung verschaltet.
Reis. 2,62. Anschluss von Transistoren nach der Sziklai-Schaltung („komplementärer Darlington-Transistor“).
Reis. 2,63. Eine leistungsstarke Push-Pull-Kaskade, die ausschließlich Ausgangstransistoren vom Typ n-p-n verwendet.
Transistor mit ultrahoher Stromverstärkung. Verbundtransistoren – der Darlington-Transistor und dergleichen – sollten nicht mit Transistoren mit ultrahoher Stromverstärkung verwechselt werden, bei denen während des Herstellungsprozesses des Elements ein sehr großer h21e-Koeffizient erhalten wird. Ein Beispiel für ein solches Element ist ein Transistor vom Typ 2N5962. wobei eine minimale Stromverstärkung von 450 gewährleistet ist, wenn sich der Kollektorstrom im Bereich von 10 μA bis 10 mA ändert; Dieser Transistor gehört zur Elementreihe 2N5961-2N5963, die sich durch einen maximalen Spannungsbereich Uke von 30 bis 60 V auszeichnet (wenn die Kollektorspannung höher sein sollte, sollte der Wert von C verringert werden). Die Industrie produziert abgestimmte Transistorpaare mit einem extrem hohen Koeffizienten β. Sie werden in Low-Signal-Verstärkern verwendet, bei denen die Transistoren über angepasste Eigenschaften verfügen müssen. Dieser Abschnitt ist diesem Thema gewidmet. 2.18. Beispiele für solche Standardschaltungen sind Schaltungen wie LM394 und MAT-01; Es handelt sich um Transistorpaare mit hoher Verstärkung, bei denen die Spannung U auf Bruchteile eines Millivolts angepasst werden kann (in den besten Schaltungen ist eine Anpassung bis zu 50 μV möglich) und der Koeffizient h 21e bis zu 1 % beträgt. Die Schaltung vom Typ MAT-03 besteht aus einem angepassten Paar pnp-Transistoren.
Transistoren mit einem extrem hohen β-Koeffizienten können mithilfe einer Darlington-Schaltung kombiniert werden. In diesem Fall kann der Basis-Vorstrom auf nur 50 pA eingestellt werden (Beispiele für solche Schaltungen sind Operationsverstärker wie LM111 und LM316).
Wenn Sie ein Buch über elektronische Technologie aufschlagen, werden Sie sofort sehen, wie viele Elemente nach ihren Erfindern benannt sind: Schottky-Diode, Zener-Diode (auch Zener-Diode genannt), Gunn-Diode, Darlington-Transistor.
Der Elektroingenieur Sidney Darlington experimentierte mit bürstenbehafteten Gleichstrommotoren und ihren Steuerkreisen. Die Schaltkreise verwendeten Stromverstärker.
Der Ingenieur Darlington erfand und patentierte einen Transistor, der aus zwei bipolaren Transistoren besteht und auf einem einzelnen Siliziumkristall mit Diffusion hergestellt wird N(negativ) und P(positive) Übergänge. Ein neues Halbleiterbauelement wurde nach ihm benannt.
In der heimischen Fachliteratur wird ein Darlington-Transistor als Verbundtransistor bezeichnet. Lernen wir ihn also besser kennen!
Das Gerät eines zusammengesetzten Transistors.
Wie bereits erwähnt handelt es sich dabei um zwei oder mehr Transistoren, die auf einem Halbleiterchip hergestellt und in einem gemeinsamen Gehäuse verpackt sind. Im Emitterkreis des ersten Transistors befindet sich außerdem ein Lastwiderstand.
Der Darlington-Transistor hat die gleichen Anschlüsse wie der bekannte Bipolartransistor: Basis, Emitter und Kollektor.
Darlington-Rennstrecke
Wie Sie sehen, ist ein solcher Transistor eine Kombination aus mehreren. Je nach Leistung kann es mehr als zwei Bipolartransistoren enthalten. Bemerkenswert ist, dass in der Hochspannungselektronik auch ein Transistor verwendet wird, der aus einem Bipolar- und einem Feldeffekttransistor besteht. Dies ist ein IGBT-Transistor. Es kann auch als zusammengesetztes Hybridhalbleiterbauelement klassifiziert werden.
Hauptmerkmale des Darlington-Transistors.
Der Hauptvorteil eines Verbundtransistors ist seine hohe Stromverstärkung.
Es lohnt sich, an einen der Hauptparameter eines Bipolartransistors zu erinnern. Das ist der Gewinn ( 21 Uhr). Es wird auch mit dem Buchstaben bezeichnet β („Beta“) des griechischen Alphabets. Er ist immer größer oder gleich 1. Wenn die Verstärkung des ersten Transistors 120 und die des zweiten 60 beträgt, dann ist die Verstärkung des Verbunds bereits gleich dem Produkt dieser Werte, also 7200, und das ist sehr gut. Dadurch reicht ein sehr kleiner Basisstrom aus, um den Transistor einzuschalten.
Ingenieur Sziklai modifizierte die Darlington-Verbindung leicht und erhielt einen Transistor, der als komplementärer Darlington-Transistor bezeichnet wurde. Erinnern wir uns daran, dass ein komplementäres Paar aus zwei Elementen mit absolut identischen elektrischen Parametern, aber unterschiedlichen Leitfähigkeiten besteht. Ein solches Paar waren einst KT315 und KT361. Im Gegensatz zum Darlington-Transistor ist ein Verbundtransistor nach der Sziklai-Schaltung aus bipolaren Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeit zusammengesetzt: p-n-p Und n-p-n. Hier ein Beispiel für einen Verbundtransistor nach der Sziklai-Schaltung, der wie ein NPN-Transistor funktioniert, allerdings aus zwei unterschiedlichen Strukturen besteht.
Siklai-Schema
Zu den Nachteilen von Verbundtransistoren gehören: schlechte Leistung Daher werden sie häufig nur in Niederfrequenzschaltungen verwendet. Solche Transistoren haben sich in den Endstufen leistungsstarker Niederfrequenzverstärker, in Steuerkreisen von Elektromotoren und in Schaltern elektronischer Zündkreise von Autos hervorragend bewährt.
Wichtigste elektrische Parameter:
Kollektor-Emitter-Spannung 500 V;
Emitter – Basisspannung 5 V;
Kollektorstrom – 15 A;
Maximaler Kollektorstrom – 30 A;
Verlustleistung bei 25 0 C – 135 W;
Kristall-(Übergangs-)Temperatur – 175 0 C.
Auf den Schaltplänen gibt es kein spezielles Symbol zur Kennzeichnung von Verbundtransistoren. In den allermeisten Fällen wird er im Diagramm als normaler Transistor bezeichnet. Obwohl es Ausnahmen gibt. Hier ist eine seiner möglichen Bezeichnungen auf einem Schaltplan.
Ich möchte Sie daran erinnern, dass eine Darlington-Anordnung entweder eine pnp-Struktur oder eine npn-Struktur haben kann. In diesem Zusammenhang produzieren Hersteller elektronischer Komponenten komplementäre Paare. Dazu gehören die Serien TIP120-127 und MJ11028-33. Beispielsweise haben die Transistoren TIP120, TIP121, TIP122 die Struktur n-p-n und TIP125, TIP126, TIP127 - p-n-p.
Diese Bezeichnung finden Sie auch auf Schaltplänen.
Anwendungsbeispiele eines Verbundtransistors.
Betrachten wir eine Steuerschaltung für einen Kommutatormotor mit einem Darlington-Transistor.
Wenn der Basis des ersten Transistors ein Strom von etwa 1 mA zugeführt wird, fließt durch seinen Kollektor ein 1000-mal höherer Strom, also 1000 mA. Es stellt sich heraus, dass die einfache Schaltung einen ordentlichen Gewinn hat. Anstelle eines Motors können Sie eine Glühbirne oder ein Relais anschließen, mit denen Sie leistungsstarke Lasten schalten können.
Wenn wir anstelle der Darlington-Baugruppe die Sziklai-Baugruppe verwenden, wird die Last an den Emitterkreis des zweiten Transistors angeschlossen und nicht an das Plus, sondern an das Minus der Stromversorgung angeschlossen.
Wenn man einen Darlington-Transistor und eine Sziklai-Anordnung kombiniert, erhält man einen Gegentakt-Stromverstärker. Man nennt es Push-Pull, weil zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einer der beiden Transistoren, der obere oder der untere, geöffnet sein kann. Diese Schaltung invertiert das Eingangssignal, d. h. die Ausgangsspannung ist das Gegenteil der Eingangsspannung.
Dies ist nicht immer praktisch und daher wird am Eingang des Gegentakt-Stromverstärkers ein weiterer Wechselrichter hinzugefügt. In diesem Fall wiederholt das Ausgangssignal exakt das Eingangssignal.
Anwendung der Darlington-Anordnung in Mikroschaltungen.
Weit verbreitet sind integrierte Schaltkreise, die mehrere Verbundtransistoren enthalten. Eine der gebräuchlichsten ist die integrierte Baugruppe L293D. Es wird oft von Robotik-Enthusiasten bei ihren selbstgemachten Projekten verwendet. Die L293D-Mikroschaltung besteht aus vier Stromverstärkern in einem gemeinsamen Gehäuse. Da bei dem oben besprochenen Gegentaktverstärker immer nur ein Transistor offen ist, wird der Ausgang des Verstärkers abwechselnd mit Plus oder Minus der Stromquelle verbunden. Dies hängt von der Eingangsspannung ab. Im Wesentlichen haben wir einen elektronischen Schlüssel. Das heißt, der L293-Chip kann als vier elektronische Schlüssel definiert werden.
Hier ist ein „Ausschnitt“ des Ausgangsstufendiagramms der L293D-Mikroschaltung, entnommen aus dem Datenblatt (Referenzblatt).
Wie Sie sehen, besteht die Ausgangsstufe aus einer Kombination von Darlington- und Szyklai-Schaltungen. Der obere Teil der Schaltung ist ein Verbundtransistor nach der Sziklai-Schaltung, der untere Teil ist nach der Darlington-Schaltung aufgebaut.
Viele Menschen erinnern sich an die Zeiten, als es Videorecorder anstelle von DVD-Playern gab. Und mit Hilfe des L293-Chips wurden zwei Elektromotoren des Videorecorders gesteuert, und zwar im Vollfunktionsmodus. Für jeden Motor war es nicht nur möglich, die Drehrichtung zu steuern, sondern durch das Senden von Signalen vom PWM-Controller war es auch möglich, die Rotationsgeschwindigkeit in weiten Grenzen zu steuern.
Auch spezielle Mikroschaltungen auf Basis der Darlington-Schaltung sind weit verbreitet. Ein Beispiel ist die Mikroschaltung ULN2003A (analog zu K1109KT22). Dieser integrierte Schaltkreis besteht aus einer Anordnung von sieben Darlington-Transistoren. Solche universellen Baugruppen können problemlos in Amateurfunkschaltungen, beispielsweise funkgesteuerten Relais, eingesetzt werden. Das ist es worüber ich rede.
Wenn Sie die Transistoren wie in Abb. 2,60, dann arbeitet die resultierende Schaltung wie ein Transistor und sein Koeffizient β wird gleich dem Produkt der Koeffizienten sein β Komponenten von Transistoren.
Reis. 2,60. Verbundtransistor Darlington .
Diese Technik eignet sich für Schaltkreise, die hohe Ströme verarbeiten (z. B. Spannungsregler oder Leistungsverstärker-Ausgangsstufen) oder für Verstärker-Eingangsstufen, die eine hohe Eingangsimpedanz erfordern.
Bei einem Darlington-Transistor beträgt der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter das Doppelte der Normalspannung und die Sättigungsspannung ist mindestens gleich dem Spannungsabfall an der Diode (da das Emitterpotential des Transistors liegt). T 1 muss das Emitterpotential des Transistors überschreiten T 2 durch den Spannungsabfall an der Diode). Darüber hinaus verhalten sich auf diese Weise verbundene Transistoren wie ein einziger Transistor mit relativ geringer Geschwindigkeit, da der Transistor T 1 kann den Transistor nicht schnell ausschalten T 2. Aufgrund dieser Eigenschaft liegt es normalerweise zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T 2 Schalten Sie den Widerstand ein (Abb. 2.61).
Reis. 2.61. Erhöhung der Abschaltgeschwindigkeit in einem zusammengesetzten Darlington-Transistor.
Widerstand R verhindert eine Transistorvorspannung T 2 durch Leckströme von Transistoren in den Leitungsbereich gelangen T 1 Und T 2. Der Widerstandswert des Widerstands wird so gewählt, dass die Leckströme (gemessen in Nanoampere für Kleinsignaltransistoren und in Hunderten von Mikroampere für Hochleistungstransistoren) an ihm einen Spannungsabfall erzeugen, der den Spannungsabfall an der Diode nicht überschreitet, und Gleichzeitig fließt durch ihn ein Strom, der klein ist im Vergleich zum Basisstrom des Transistors T 2. Normalerweise Widerstand R beträgt bei einem Hochleistungs-Darlington-Transistor mehrere hundert Ohm und bei einem Kleinsignal-Darlington-Transistor mehrere tausend Ohm.
Die Industrie stellt Darlington-Transistoren in Form kompletter Module her, die meist einen Emitterwiderstand enthalten. Ein Beispiel für ein solches Standardschema ist das Mächtige n‑р‑n Der Darlington-Transistor ist vom Typ 2N6282, seine Stromverstärkung beträgt 4000 (typisch) für einen Kollektorstrom von 10 A.
Anschluss von Transistoren nach dem Sziklai-Schema (Sziklai). Die Verbindung von Transistoren nach der Sziklai-Schaltung ist eine ähnliche Schaltung wie die, die wir gerade betrachtet haben. Es sorgt auch für eine Erhöhung des Koeffizienten β . Manchmal wird eine solche Verbindung als komplementärer Darlington-Transistor bezeichnet (Abb. 2.62).
Reis. 2,62 . Transistoren gemäß Diagramm anschließen Siklai(„komplementärer Darlington-Transistor“).
Die Schaltung verhält sich wie ein Transistor n‑р‑n- Typ mit großem Koeffizienten β . Die Schaltung hat eine einzige Spannung zwischen Basis und Emitter und die Sättigungsspannung ist wie in der vorherigen Schaltung mindestens gleich dem Spannungsabfall an der Diode. Zwischen Basis und Emitter des Transistors T 2 Es wird empfohlen, einen Widerstand mit kleinem Widerstand einzubauen. Entwickler verwenden diese Schaltung in Hochleistungs-Push-Pull-Ausgangsstufen, wenn sie Ausgangstransistoren nur einer Polarität verwenden möchten. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist in Abb. 2,63.
Reis. 2,63. Eine leistungsstarke Push-Pull-Kaskade, die ausschließlich Ausgangstransistoren verwendet n‑р‑n-Typ.
Der Widerstand ist wie zuvor der Kollektorwiderstand des Transistors T 1. Aus Transistoren gebildeter Darlington-Transistor T 2 Und T 3, verhält sich wie ein einzelner Transistor n‑р‑n‑Typ, mit großer Stromverstärkung. Transistoren T 4 Und T 5, nach der Sziklai-Schaltung verschaltet, verhalten sich wie ein leistungsstarker Transistor p-n-p- Typ mit hoher Verstärkung. Nach wie vor Widerstände R 3 Und R 4 haben wenig Widerstand. Diese Schaltung wird manchmal als Push-Pull-Repeater mit quasi-komplementärer Symmetrie bezeichnet. In einer echten Kaskade mit zusätzlicher Symmetrie (komplementär) Transistoren T 4 Und T 5 würde nach der Darlington-Schaltung angeschlossen werden.
Transistor mit ultrahoher Stromverstärkung. Verbundtransistoren – Darlington-Transistoren und dergleichen – sollten nicht mit Transistoren mit ultrahoher Stromverstärkung verwechselt werden, die eine sehr hohe Verstärkung haben h 21E während des technologischen Prozesses der Herstellung eines Elements gewonnen. Ein Beispiel für ein solches Element ist der Transistor vom Typ 2N5962, für den eine minimale Stromverstärkung von 450 garantiert ist, wenn sich der Kollektorstrom im Bereich von 10 μA bis 10 mA ändert; Dieser Transistor gehört zur Elementserie 2N5961‑2N5963, die sich durch einen Bereich maximaler Spannungen auszeichnet U CE von 30 auf 60 V (sollte die Kollektorspannung höher sein, dann sollte man den Wert reduzieren β ). Die Industrie produziert abgestimmte Transistorpaare mit extrem hohen Koeffizientenwerten β . Sie werden in Low-Signal-Verstärkern verwendet, bei denen die Transistoren über angepasste Eigenschaften verfügen müssen. diesem Thema gewidmet Abschnitt 2.18. Beispiele für solche Standardschaltungen sind Schaltungen wie LM394 und MAT-01; Es handelt sich um Transistorpaare mit hoher Verstärkung, in denen die Spannung liegt Du bist angepasst an Bruchteile eines Millivolts (die besten Schaltungen bieten eine Anpassung bis zu 50 μV) und den Koeffizienten h 21E– bis zu 1 %. Die Schaltung vom Typ MAT-03 ist ein abgestimmtes Paar p-n-p- Transistoren.
Transistoren mit ultrahohem Übersetzungsverhältnis β können nach dem Darlington-Schema kombiniert werden. In diesem Fall kann der Basis-Vorstrom auf nur 50 pA eingestellt werden (Beispiele für solche Schaltungen sind Operationsverstärker wie LM111 und LM316).
Tracking-Link
Bei der Einstellung der Vorspannung, beispielsweise bei einem Emitterfolger, werden die Teilerwiderstände im Basiskreis so gewählt, dass der Teiler im Verhältnis zur Basis als harte Spannungsquelle wirkt, also der Widerstand parallel geschalteter Widerstände ist deutlich kleiner als der Eingangswiderstand der Schaltung auf den Seitenbasen. Dabei wird der Eingangswiderstand der gesamten Schaltung durch den Spannungsteiler bestimmt – bei einem an seinem Eingang ankommenden Signal fällt der Eingangswiderstand deutlich geringer aus, als eigentlich nötig wäre. In Abb. Abbildung 2.64 zeigt ein entsprechendes Beispiel.
Reis. 2,64.
Die Eingangsimpedanz der Schaltung beträgt ca. 9 kΩ und der Spannungsteilerwiderstand für das Eingangssignal beträgt 10 kΩ. Es ist wünschenswert, dass der Eingangswiderstand immer hoch ist, und in jedem Fall ist es unklug, die Eingangssignalquelle der Schaltung mit einem Teiler zu belasten, der letztendlich nur dazu benötigt wird, dem Transistor eine Vorspannung zu liefern. Mit der Tracking-Kommunikationsmethode können Sie dieser Schwierigkeit entkommen (Abb. 2.65).
Reis. 2,65. Erhöhen der Eingangsimpedanz des Emitterfolgers bei Signalfrequenzen durch Einbeziehung eines Teilers in die Nachführschaltung, der eine Basisvorspannung liefert.
Die Transistorvorspannung wird durch Widerstände bereitgestellt R1, R2, R3. Kondensator C 2 wird so gewählt, dass sein Gesamtwiderstand bei Signalfrequenzen klein im Vergleich zum Widerstand der Vorspannungswiderstände ist. Wie immer ist die Vorspannung stabil, wenn der in der Basis angegebene Gleichstromwiderstand ihrer Quelle (in diesem Fall 9,7 kOhm) deutlich geringer ist als der Gleichstromwiderstand der Basis (in diesem Fall ~ 100 kOhm). Allerdings ist hier der Eingangswiderstand für Signalfrequenzen nicht gleich dem Gleichstromwiderstand.
Betrachten Sie den Signalpfad: Eingangssignal Du bist dabei erzeugt am Sender ein Signal u E ~= Du bist dabei, also die Erhöhung des Stroms, der durch den Vorspannungswiderstand fließt R 3, wird sein ich = (Du bist dabei – u E)/R 3~= 0, d.h. Z in = Du bist dabei /ich gebe ein) ~=
Wir haben festgestellt, dass der Eingangswiderstand (Shunt) der Vorspannungsschaltung sehr hoch ist Signalfrequenzen .
Ein anderer Ansatz zur Schaltungsanalyse basiert auf der Tatsache, dass der Spannungsabfall an einem Widerstand gemessen wird R 3 Für alle Frequenzen ist das Signal gleich (da sich die Spannung zwischen seinen Anschlüssen gleichermaßen ändert), d. h. es handelt sich um eine Stromquelle. Aber der Widerstand der Stromquelle ist unendlich. Tatsächlich ist der tatsächliche Wert des Widerstands nicht unendlich, da die Follower-Verstärkung etwas weniger als 1 beträgt. Dies liegt daran, dass der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter vom Kollektorstrom abhängt, der sich mit der Änderung des Signalpegels ändert . Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn man den durch den Ausgangswiderstand auf der Emitterseite gebildeten Teiler betrachtet [ Re = 25/ICH K(mA) Ohm] und Emitterwiderstand. Wird mit der Spannungsverstärkung des Repeaters bezeichnet A (A~= 1), dann der effektive Widerstandswert R 3 bei Signalfrequenzen gleich R 3 /(1 – A). In der Praxis ist der effektive Widerstandswert R 3 ist ungefähr 100-mal größer als sein Nennwert und der Eingangswiderstand wird durch den Eingangswiderstand des Transistors auf der Basisseite dominiert. In einem invertierenden Verstärker mit gemeinsamem Emitter kann eine ähnliche Tracking-Verbindung hergestellt werden, da das Signal am Emitter dem Signal an der Basis folgt. Beachten Sie, dass die Vorspannungsteilerschaltung über den niederohmigen Emitterausgang mit Wechselstrom (bei Signalfrequenzen) versorgt wird, sodass das Eingangssignal dies nicht tun muss.
Servoanschluss in der Kollektorlast. Durch das Prinzip der Servokopplung kann der Wirkwiderstand des Kollektorlastwiderstandes erhöht werden, wenn die Kaskade auf einen Zwischenverstärker geladen wird. In diesem Fall erhöht sich die Spannungsverstärkung der Kaskade erheblich K U = – g m R K, A g m = 1/(R 3 + Re)]·
In Abb. Abbildung 2.66 zeigt ein Beispiel einer Push-Pull-Ausgangsstufe mit Servo-Link, ähnlich aufgebaut wie die oben besprochene Push-Pull-Repeater-Schaltung.
Reis. 2,66. Servokopplung in der Kollektorlast eines Leistungsverstärkers, die eine Ladestufe darstellt.
Da der Ausgang das Signal basierend auf dem Transistor wiederholt T 2, Kondensator MIT stellt eine Nachlaufverbindung zur Kollektorlast des Transistors her T 1 und sorgt für einen konstanten Spannungsabfall am Widerstand R 2 bei Vorhandensein eines Signals (Kondensatorimpedanz). MIT sollte im Vergleich zu klein sein R 1 Und R 2über das gesamte Signalfrequenzband). Dank dessen ist der Widerstand R 2 einer Stromquelle ähnelt, erhöht sich die Verstärkung des Transistors T 1 Spannung und hält eine ausreichende Spannung an der Basis des Transistors aufrecht T 2 auch bei Spitzensignalwerten. Wenn das Signal der Versorgungsspannung nahe kommt U QC Potenzial am Widerstandsanschlusspunkt R 1 Und R 2 wird mehr als U QC, dank der vom Kondensator angesammelten Ladung MIT. Darüber hinaus, wenn R 1 = R 2(eine gute Option für die Auswahl von Widerständen), dann wird das Potenzial am Verbindungspunkt überschritten U QC 1,5-fach in dem Moment, in dem das Ausgangssignal gleich wird U QC. Diese Schaltung ist beim Entwurf von Niederfrequenz-Haushaltsverstärkern sehr beliebt geworden, obwohl eine einfache Stromquelle gegenüber einer Servoschaltung Vorteile hat, da sie ein unerwünschtes Element – einen Elektrolytkondensator – überflüssig macht und eine bessere Niederfrequenzleistung bietet.
Beim Entwurf von Schaltkreisen für funkelektronische Geräte ist es oft wünschenswert, Transistoren mit Parametern zu haben, die besser sind als die Modelle, die von Herstellern funkelektronischer Komponenten angeboten werden (oder besser als das, was mit der verfügbaren Technologie zur Transistorherstellung möglich ist). Diese Situation tritt am häufigsten beim Entwurf integrierter Schaltkreise auf. Normalerweise benötigen wir eine höhere Stromverstärkung H 21, höherer Eingangswiderstandswert H 11 oder weniger Ausgangsleitwert H 22 .
Verschiedene Schaltungen aus Verbundtransistoren können die Parameter von Transistoren verbessern. Es gibt viele Möglichkeiten, einen Verbundtransistor aus Feldeffekt- oder Bipolartransistoren unterschiedlicher Leitfähigkeit zu implementieren und gleichzeitig seine Parameter zu verbessern. Am weitesten verbreitet ist das Darlington-Schema. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um die Verbindung zweier Transistoren gleicher Polarität. Ein Beispiel einer Darlington-Schaltung mit NPN-Transistoren ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1 Darlington-Schaltung mit NPN-Transistoren
Die obige Schaltung entspricht einem einzelnen NPN-Transistor. In dieser Schaltung ist der Emitterstrom des Transistors VT1 der Basisstrom des Transistors VT2. Der Kollektorstrom des Verbundtransistors wird hauptsächlich durch den Strom des Transistors VT2 bestimmt. Der Hauptvorteil der Darlington-Schaltung ist die hohe Stromverstärkung H 21, das näherungsweise als Produkt definiert werden kann H 21 Transistoren im Schaltkreis enthalten:
(1)Es ist jedoch zu beachten, dass der Koeffizient H 21 hängt recht stark vom Kollektorstrom ab. Daher kann bei niedrigen Werten des Kollektorstroms des Transistors VT1 sein Wert erheblich sinken. Beispiel für eine Abhängigkeit H 21 aus dem Kollektorstrom für verschiedene Transistoren ist in Abbildung 2 dargestellt
Abbildung 2 Abhängigkeit der Transistorverstärkung vom Kollektorstrom
Wie aus diesen Grafiken ersichtlich ist, ist der Koeffizient H 21e ändert sich praktisch nicht für nur zwei Transistoren: den inländischen KT361V und den ausländischen BC846A. Bei anderen Transistoren hängt die Stromverstärkung maßgeblich vom Kollektorstrom ab.
Wenn der Basisstrom des Transistors VT2 ausreichend klein ist, reicht der Kollektorstrom des Transistors VT1 möglicherweise nicht aus, um den erforderlichen Stromverstärkungswert bereitzustellen H 21. In diesem Fall wird der Koeffizient erhöht H 21 und dementsprechend kann eine Verringerung des Basisstroms des Verbundtransistors durch Erhöhen des Kollektorstroms des Transistors VT1 erreicht werden. Dazu wird ein zusätzlicher Widerstand zwischen Basis und Emitter des Transistors VT2 geschaltet, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 Zusammengesetzter Darlington-Transistor mit einem zusätzlichen Widerstand im Emitterkreis des ersten Transistors
Definieren wir beispielsweise die Elemente für eine Darlington-Schaltung, die auf BC846A-Transistoren aufgebaut ist. Der Strom des Transistors VT2 sei gleich 1 mA. Dann ist sein Basisstrom gleich:
(2)
Bei diesem Strom beträgt die Stromverstärkung H 21 fällt stark ab und die Gesamtstromverstärkung kann deutlich geringer sein als die berechnete. Durch Erhöhen des Kollektorstroms des Transistors VT1 mithilfe eines Widerstands können Sie den Wert der Gesamtverstärkung erheblich steigern H 21. Da die Spannung an der Basis des Transistors eine Konstante ist (für einen Siliziumtransistor). u sei = 0,7 V), dann berechnen wir nach dem Ohmschen Gesetz:
(3)In diesem Fall können wir mit einer Stromverstärkung von bis zu 40.000 rechnen. So werden viele in- und ausländische Superetta-Transistoren hergestellt, wie zum Beispiel KT972, KT973 oder KT825, TIP41C, TIP42C. Die Darlington-Schaltung wird beispielsweise häufig in den Ausgangsstufen von Niederfrequenzverstärkern (), Operationsverstärkern und sogar digitalen Verstärkern verwendet.
Es ist zu beachten, dass die Darlington-Schaltung den Nachteil einer erhöhten Spannung hat U ke. Wenn in gewöhnlichen Transistoren U ke beträgt 0,2 V, dann steigt diese Spannung in einem Verbundtransistor auf 0,9 V. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, den Transistor VT1 zu öffnen, und dafür sollte eine Spannung von 0,7 V an seine Basis angelegt werden (wenn wir Siliziumtransistoren in Betracht ziehen). .
Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde eine Verbundtransistorschaltung mit komplementären Transistoren entwickelt. Im russischen Internet wurde es als Siklai-Schema bezeichnet. Dieser Name stammt aus dem Buch von Tietze und Schenk, obwohl dieses Schema zuvor einen anderen Namen hatte. In der sowjetischen Literatur wurde es beispielsweise als paradoxes Paar bezeichnet. In dem Buch von W.E. Helein und W.H. Holmes wird ein Verbundtransistor, der auf Komplementärtransistoren basiert, als White-Schaltung bezeichnet, daher nennen wir ihn einfach Verbundtransistor. Die Schaltung eines zusammengesetzten PNP-Transistors mit komplementären Transistoren ist in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 4 Zusammengesetzter PNP-Transistor basierend auf Komplementärtransistoren
Ein NPN-Transistor wird auf genau die gleiche Weise gebildet. Die Schaltung eines zusammengesetzten NPN-Transistors mit komplementären Transistoren ist in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5 Zusammengesetzter NPN-Transistor basierend auf Komplementärtransistoren
In der Referenzliste steht das 1974 erschienene Buch an erster Stelle, es gibt aber auch BÜCHER und andere Veröffentlichungen. Es gibt Grundlagen, die noch lange nicht überholt sind und eine Vielzahl von Autoren, die diese Grundlagen einfach wiederholen. Sie müssen in der Lage sein, Dinge klar zu sagen! Während meiner gesamten beruflichen Laufbahn bin ich auf weniger als zehn BÜCHER gestoßen. Ich empfehle immer, aus diesem Buch das Entwerfen analoger Schaltungen zu lernen.
Datum der letzten Dateiaktualisierung: 18.06.2018
Literatur:
Zusammen mit dem Artikel „Verbundtransistor (Darlington-Schaltung)“ lesen Sie:
http://site/Sxemoteh/ShVklTrz/kaskod/
http://site/Sxemoteh/ShVklTrz/OE/