Pojačalo se zove upravo tako, ne zato što je njegov autor DARLINGTON, već zato što je izlazni stepen pojačala snage izgrađen na Darlington (kompozitnim) tranzistorima.

Za referenciju : Dva tranzistora iste strukture su povezana na poseban način za veliko pojačanje. Ova veza tranzistora formira kompozitni tranzistor, ili Darlington tranzistor - nazvan po izumitelju ovog dizajna kola. Takav se tranzistor koristi u krugovima koji rade s visokim strujama (na primjer, u krugovima stabilizatora napona, izlaznim stupnjevima pojačala snage) i u ulaznim stupnjevima pojačala ako je potrebno osigurati visoku ulaznu impedanciju. Složeni tranzistor ima tri terminala (bazu, emiter i kolektor), koji su ekvivalentni terminalima konvencionalnog jednog tranzistora. Strujni dobitak tipičnog kompozitnog tranzistora je ≈1000 za tranzistore velike snage i ≈50,000 za tranzistore male snage.

Prednosti Darlington tranzistora

Visok strujni dobitak.

Darlingtonovo kolo se proizvodi u obliku integriranih kola i na istoj struji radna površina manje silicijuma nego bipolarni tranzistori. Ova kola su od velikog interesa pri visokim naponima.

Nedostaci složenog tranzistora

Niske performanse, posebno prijelaz iz otvorenog u zatvoreno stanje. Iz tog razloga, kompozitni tranzistori se koriste prvenstveno u niskofrekventnim ključevima i krugovima pojačala, njihovi parametri su lošiji od onih kod jednog tranzistora.

Pad napona naprijed na spoju baza-emiter u Darlingtonovom kolu je skoro dvostruko veći nego u konvencionalnom tranzistoru, i iznosi oko 1,2 - 1,4 V za silicijumske tranzistore.

Visok napon zasićenja kolektor-emiter, za silicijumski tranzistor oko 0,9 V za tranzistore male snage i oko 2 V za tranzistore velike snage.

Šematski dijagram ULF-a

Pojačalo se može nazvati najjeftinijom opcijom za sami izradu pojačala za subwoofer. Najvrjednija stvar u krugu su izlazni tranzistori čija cijena ne prelazi 1 dolar. U teoriji, takvo pojačalo se može sastaviti za 3-5 dolara bez napajanja. Hajde da napravimo malo poređenje: koje mikrokolo može da obezbedi 100-200 vati snage na opterećenje od 4 oma? Poznati ljudi odmah padaju na pamet. Ali ako uporedite cijene, Darlington kolo je i jeftinije i moćnije od TDA7294!

Sama mikrokola, bez komponenti, košta najmanje 3 dolara, a cijena aktivnih komponenti Darlington kola nije veća od 2-2,5 dolara! Štaviše, Darlington kolo je 50-70 vati snažnije od TDA7294!

Sa opterećenjem od 4 oma, pojačalo isporučuje 150 vati ovo je najjeftinija i najbolja opcija za pojačalo za subwoofer. Pojačalo se koristi jeftino ispravljačke diode, koji se može dobiti na bilo kojem elektronski uređaj.

Pojačalo može pružiti takvu snagu zbog činjenice da se na izlazu koriste kompozitni tranzistori, ali po želji se mogu zamijeniti konvencionalnim. Pogodno je koristiti komplementarni par KT827/25, ali će, naravno, snaga pojačala pasti na 50-70 vati. U diferencijalnoj kaskadi možete koristiti domaći KT361 ili KT3107.

Potpuni analog tranzistora TIP41 je naš KT819A. Ovaj tranzistor služi za pojačavanje signala iz diferencijalnih stupnjeva i može se koristiti emiterski otpornici sa snagom od 2-5 vati. Pročitajte više o tehničkim karakteristikama tranzistora TIP41C. Tehnički list za TIP41 i TIP42.

PN spojni materijal: Si

Struktura tranzistora: NPN

Granična konstantna disipacija snage kolektora (Pc) tranzistora: 65 W

Granični konstantni napon kolektor-baza (Ucb): 140 V

Granični konstantni napon kolektor-emiter (Uce) tranzistora: 100 V

Granični konstantni napon emiter-baza (Ueb): 5 V

Granična konstantna struja kolektora tranzistora (Ic max): 6 A

Granična temperatura p-n spoj(Tj): 150 C

Granična frekvencija koeficijenta prijenosa struje (Ft) tranzistora: 3 MHz

- Kapacitet kolektorskog spoja (Cc): pF

Koeficijent prijenosa statičke struje u kolu zajedničkog emitera (Hfe), min: 20

Takvo pojačalo se može koristiti i kao subwoofer i za širokopojasnu akustiku. Performanse pojačala su takođe prilično dobre. Sa opterećenjem od 4 oma, izlazna snaga pojačala je oko 150 vati, sa opterećenjem od 8 oma snaga je 100 vati, maksimalna snaga pojačala može doseći do 200 vati uz napajanje +/- 50 volti.

Ako spojite tranzistore kao što je prikazano na sl. 2.60, tada će rezultirajući krug raditi kao jedan tranzistor i njegov koeficijent β biće jednak proizvodu koeficijenata β komponente tranzistora.

Rice. 2.60. Kompozitni tranzistor Darlington .

Ova tehnika je korisna za kola koja rukuju visokim strujama (kao što su regulatori napona ili izlazni stupnjevi pojačala snage) ili za ulazne stupnjeve pojačala gdje mora biti osigurana visoka ulazna impedancija.

U Darlington tranzistoru, pad napona između baze i emitera je dvostruko veći od normalnog napona, a napon zasićenja najmanje je jednak padu napona na diodi (pošto je potencijal emitera tranzistora T 1 mora premašiti potencijal emitera tranzistora T 2 padom napona na diodi). Osim toga, tranzistori povezani na ovaj način ponašaju se kao jedan tranzistor s prilično malom brzinom, jer tranzistor T 1 ne može brzo isključiti tranzistor T 2. S obzirom na ovo svojstvo, obično se nalazi između baze i emitera tranzistora T 2 uključite otpornik (slika 2.61).

Rice. 2.61. Povećanje brzine isključivanja u kompozitnom Darlington tranzistoru.

Otpornik R sprečava pristrasnost tranzistora T 2 u područje provodljivosti zbog struja curenja tranzistora T 1 I T 2. Otpor otpornika je odabran tako da struje curenja (mjerene u nanoamperima za tranzistore malog signala i u stotinama mikroampera za tranzistore velike snage) stvaraju pad napona na njemu koji ne prelazi pad napona na diodi, i istovremeno tako da kroz njega teče struja koja je mala u odnosu na baznu struju tranzistora T 2. Obično otpor R je nekoliko stotina oma u Darlington tranzistoru velike snage i nekoliko hiljada oma u Darlington tranzistoru malog signala.

Industrija proizvodi Darlington tranzistore u obliku kompletnih modula, koji obično uključuju emiterski otpornik. Primjer takve standardne sheme je moćna n‑r‑n Darlington tranzistor je tipa 2N6282, njegovo strujno pojačanje je 4000 (tipično) za struju kolektora od 10 A.

Povezivanje tranzistora prema Sziklai shemi (Sziklai). Povezivanje tranzistora prema Sziklai krugu je sklop sličan onom koji smo upravo pogledali. Takođe omogućava povećanje koeficijenta β . Ponekad se takva veza naziva komplementarnim Darlingtonovim tranzistorom (slika 2.62).

Rice. 2.62 . Povezivanje tranzistora prema dijagramu Siklai(“komplementarni Darlington tranzistor”).

Kolo se ponaša kao tranzistor n‑r‑n- tip sa velikim koeficijentom β . Kolo ima jedan napon između baze i emitera, a napon zasićenja, kao iu prethodnom kolu, najmanje je jednak padu napona na diodi. Između baze i emitera tranzistora T 2 Preporučljivo je uključiti otpornik s malim otporom. Dizajneri koriste ovo kolo u izlaznim stupnjevima velike snage push-pull kada žele koristiti izlazne tranzistore samo jednog polariteta. Primjer takvog kola prikazan je na sl. 2.63.

Rice. 2.63. Snažna push-pull kaskada koja koristi samo izlazne tranzistore n‑r‑n-tip.

Kao i ranije, otpornik je kolektorski otpornik tranzistora T 1. Darlington tranzistor formiran od tranzistori T 2 I T 3, ponaša se kao jedan tranzistor n‑r‑n‑tip, sa velikim strujnim pojačanjem. Tranzistori T 4 I T 5, spojeni prema Sziklaijevom kolu, ponašaju se kao moćni tranzistor p‑n‑p- tip sa visokim pojačanjem. Kao i ranije, otpornici R 3 I R 4 imaju mali otpor. Ovaj sklop se ponekad naziva push-pull repetitor sa kvazi-komplementarnom simetrijom. U pravoj kaskadi sa dodatnom simetrijom (komplementarnom), tranzistori T 4 I T 5 bi bili povezani prema Darlingtonovom kolu.

Tranzistor sa ultra-visokim strujnim pojačanjem. Kompozitni tranzistori- Darlington tranzistor i slično - ne treba brkati sa tranzistorima sa ultra-visokim strujnim pojačanjem, u kojima vrlo veliki značaj koeficijent h 21E dobijene tokom tehnološkog procesa izrade elementa. Primjer takvog elementa je tranzistor tipa 2N5962, za koji je zajamčeno minimalno pojačanje struje od 450 kada se struja kolektora promijeni u rasponu od 10 μA do 10 mA; ovaj tranzistor pripada seriji elemenata 2N5961‑2N5963, koju karakteriše raspon maksimalnih napona U CE od 30 do 60 V (ako bi napon kolektora trebao biti veći, tada biste trebali smanjiti vrijednost β ). Industrija proizvodi usklađene parove tranzistora sa ultra visokim vrijednostima koeficijenta β . Koriste se u pojačivačima niskog signala za koje tranzistori moraju imati podudarne karakteristike; posvećena ovom pitanju odjeljak 2.18. Primeri takvih standardnih kola su kola kao što su LM394 i MAT-01; oni su tranzistorski parovi visokog pojačanja u kojima je napon U BE pristao na djeliće milivolta (najviše dobre šeme omogućava se usklađivanje do 50 µV), a koeficijent h 21E– do 1%. Kolo tipa MAT-03 je upareni par p‑n‑p- tranzistori.

Tranzistori ultra visokog omjera β mogu se kombinirati prema Darlington shemi. U ovom slučaju, osnovna struja prednapona može biti jednaka samo 50 pA (primjeri takvih sklopova su operacijska pojačala kao što su LM111 i LM316.

Link za praćenje

Prilikom postavljanja prednapona, na primjer u emiterskom sljedbeniku, razdjelni otpornici u osnovnom kolu se biraju tako da djelitelj u odnosu na bazu djeluje kao izvor tvrdog napona, odnosno da otpor paralelno spojenih otpornika je znatno manji od ulaznog otpora kola na bočnim bazama. S tim u vezi, ulazni otpor cijelog kruga određen je djeliteljem napona - za signal koji stiže na njegov ulaz, ulazni otpor je mnogo manji nego što je stvarno potrebno. Na sl. Na slici 2.64 prikazan je odgovarajući primjer.

Rice. 2.64.

Ulazna impedansa kola je približno 9 kΩ, a otpor djelitelja napona za ulazni signal je 10 kΩ. Poželjno je da ulazni otpor uvijek bude visok, a u svakom slučaju nije mudro opterećivati ​​izvor ulaznog signala kola razdjelnikom, koji je u konačnici potreban samo da bi se osiguralo pristrasnost tranzistora. Metod komunikacije praćenja omogućava vam da se izvučete iz ove poteškoće (slika 2.65).

Rice. 2.65. Povećanje ulazne impedanse emiterskog sljedbenika na frekvencijama signala uključivanjem razdjelnika u kolo za praćenje, koji osigurava osnovnu pristranost.

Pristrasnost tranzistora osiguravaju otpornici R1, R2, R3. Kondenzator C 2 je odabran tako da je njegov ukupni otpor na frekvencijama signala mali u usporedbi s otporom bias otpornika. Kao i uvijek, bias će biti stabilan ako je DC otpor njegovog izvora dat u bazi (u ovom slučaju 9,7 kOhm) znatno manji od DC otpora baze (u ovom slučaju ~ 100 kOhm). Ali ovdje ulazni otpor za frekvencije signala nije jednak DC otporu.

Razmotrite putanju signala: ulazni signal U in generiše signal na emiteru u E ~= u in, dakle povećanje struje koja teče kroz otpornik za prednapon R 3, bice i = (u in – u E)/R 3~= 0, tj. Z u = u in /i unos) ~=

Otkrili smo da je ulazni (šant) otpor kruga prednapona vrlo visok za frekvencije signala .

Drugi pristup analizi kola zasniva se na činjenici da pad napona na otporniku R 3 jer je sve frekvencije signala iste (pošto se napon između njegovih terminala jednako mijenja), tj. izvor je struje. Ali otpor izvora struje je beskonačan. Zapravo, stvarna vrijednost otpora nije beskonačna, jer je pojačanje sljedbenika nešto manje od 1. Ovo je uzrokovano činjenicom da pad napona između baze i emitera ovisi o struji kolektora, koja se mijenja kako se mijenja nivo signala. . Isti rezultat se može dobiti ako uzmemo u obzir razdjelnik formiran izlaznim otporom na strani emitera [ r E = 25/I K(mA) Ohm] i otpornik emitera. Ako je označeno pojačanje napona repetitora A (A~= 1), zatim efektivnu vrijednost otpora R 3 na frekvencijama signala jednake R 3 /(1 – A). U praksi, efektivna vrijednost otpora R 3 je otprilike 100 puta veća od svoje nominalne vrijednosti, a ulaznim otporom dominira ulazni otpor tranzistora na bazi baze. U invertujućem pojačalu sa zajedničkim emiterom, može se napraviti slična veza za praćenje, jer signal na emiteru prati signal na bazi. Imajte na umu da se kolo razdjelnika prednapona napaja od strane naizmjenična struja(na frekvencijama signala) sa izlaza emitera niske impedancije, tako da ulazni signal ne mora ovo da radi.

Servo priključak u opterećenju kolektora. Princip servo sprege se može koristiti za povećanje efektivnog otpora kolektorskog otpornika opterećenja ako je kaskada napunjena na repetitor. U ovom slučaju, pojačanje napona kaskade će se značajno povećati [podsjetite se toga K U = – g m R K, A g m = 1/(R 3 + r E)]·

Na sl. Slika 2.66 prikazuje primjer push-pull izlaznog stupnja sa servo vezom, izgrađenom slično kotu push-pull repetitora o kojem se raspravljalo gore.

Rice. 2.66. Servo spojnica u kolektorskom opterećenju pojačala snage, koji je stepen opterećenja.

Budući da izlaz ponavlja signal baziran na tranzistoru T 2, kondenzator WITH stvara vezu za praćenje u opterećenje kolektora tranzistora T 1 i održava konstantan pad napona na otporniku R 2 u prisustvu signala (impedansa kondenzatora WITH trebalo bi biti malo u poređenju sa R 1 I R 2 preko cijelog frekvencijskog opsega signala). Zahvaljujući tome, otpornik R 2 postaje sličan izvoru struje, pojačanje tranzistora se povećava T 1 napon i održava dovoljan napon na bazi tranzistora T 2čak i pri vršnim vrijednostima signala. Kada se signal približi naponu napajanja U QC potencijal na spojnoj tački otpornika R 1 I R 2 postaje više od U QC, zahvaljujući naboju akumuliranom u kondenzatoru WITH. Štaviše, ako R 1 = R 2(dobra opcija za odabir otpornika), tada će potencijal na mjestu njihovog povezivanja premašiti U QC 1,5 puta u trenutku kada izlazni signal postane jednak U QC. Ovaj krug je stekao veliku popularnost u razvoju kućnih niskofrekventnih pojačala, iako jednostavan izvor struje ima prednosti u odnosu na servo krug, jer nema potrebe za korištenjem nepoželjnog elementa - elektrolitičkog kondenzatora - i osigurava najbolje karakteristike na niskim frekvencijama.