|
Εάν συνδέσετε τα τρανζίστορ όπως φαίνεται στο Σχ. 2.60, τότε το κύκλωμα που προκύπτει θα λειτουργεί ως ένα τρανζίστορ και ο συντελεστής του β
θα είναι ίσο με το γινόμενο των συντελεστών β
εξαρτήματα των τρανζίστορ.
Ρύζι. 2,60. Σύνθετο τρανζίστορ Ντάρλινγκτον .
Αυτή η τεχνική είναι χρήσιμη για κυκλώματα που χειρίζονται υψηλά ρεύματα (όπως ρυθμιστές τάσης ή στάδια εξόδου ενισχυτή ισχύος) ή για στάδια εισόδου ενισχυτή που απαιτούν υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου.
Σε ένα τρανζίστορ Darlington, η πτώση τάσης μεταξύ βάσης και πομπού είναι διπλάσια από την κανονική τάση και η τάση κορεσμού είναι τουλάχιστον ίση με την πτώση τάσης στη δίοδο (καθώς το δυναμικό εκπομπού του τρανζίστορ Τ 1πρέπει να υπερβαίνει το δυναμικό εκπομπού τρανζίστορ Τ 2από την πτώση τάσης στη δίοδο). Επιπλέον, τα τρανζίστορ που συνδέονται με αυτόν τον τρόπο συμπεριφέρονται σαν ένα τρανζίστορ με αρκετά χαμηλή ταχύτητα, αφού το τρανζίστορ Τ 1δεν μπορεί να απενεργοποιήσει γρήγορα το τρανζίστορ Τ 2. Δεδομένης αυτής της ιδιότητας, είναι συνήθως μεταξύ της βάσης και του πομπού του τρανζίστορ Τ 2ενεργοποιήστε την αντίσταση (Εικ. 2.61).
Ρύζι. 2.61. Αύξηση της ταχύτητας απενεργοποίησης σε ένα σύνθετο τρανζίστορ Darlington.
Αντίσταση Rαποτρέπει την προκατάληψη του τρανζίστορ Τ 2στην περιοχή αγωγιμότητας λόγω ρευμάτων διαρροής των τρανζίστορ Τ 1Και Τ 2. Η αντίσταση της αντίστασης επιλέγεται έτσι ώστε τα ρεύματα διαρροής (μετρούμενα σε νανοαμπέρ για τρανζίστορ μικρού σήματος και σε εκατοντάδες μικροαμπέρ για τρανζίστορ υψηλής ισχύος) δημιουργούν μια πτώση τάσης σε αυτήν που δεν υπερβαίνει την πτώση τάσης στη δίοδο και την ίδια στιγμή ώστε να διαρρέει ρεύμα που είναι μικρό σε σύγκριση με το ρεύμα βάσης του τρανζίστορ Τ 2. Συνήθως αντίσταση Rείναι αρκετές εκατοντάδες ohms σε ένα τρανζίστορ Darlington υψηλής ισχύος και αρκετές χιλιάδες ohms σε ένα τρανζίστορ Darlington μικρού σήματος.
Η βιομηχανία παράγει τρανζίστορ Darlington με τη μορφή ολοκληρωμένων μονάδων, τα οποία συνήθως περιλαμβάνουν αντίσταση εκπομπού. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου τυπικού σχήματος είναι το ισχυρό n‑р‑nΤο τρανζίστορ Darlington είναι τύπου 2N6282, το κέρδος ρεύματος είναι 4000 (τυπικό) για ρεύμα συλλέκτη 10 A.
Σύνδεση τρανζίστορ σύμφωνα με το σχήμα Sziklai (Σζικλάι). Η σύνδεση τρανζίστορ σύμφωνα με το κύκλωμα Sziklai είναι ένα κύκλωμα παρόμοιο με αυτό που μόλις εξετάσαμε. Παρέχει επίσης αύξηση του συντελεστή β
. Μερικές φορές μια τέτοια σύνδεση ονομάζεται συμπληρωματικό τρανζίστορ Darlington (Εικ. 2.62).
Ρύζι. 2.62 . Σύνδεση τρανζίστορ σύμφωνα με το διάγραμμα Σικλάι(«συμπληρωματικό τρανζίστορ Darlington»).
Το κύκλωμα συμπεριφέρεται σαν τρανζίστορ n‑р‑n- τύπος με μεγάλο συντελεστή β
. Το κύκλωμα έχει μία μόνο τάση μεταξύ βάσης και πομπού και η τάση κορεσμού, όπως και στο προηγούμενο κύκλωμα, είναι τουλάχιστον ίση με την πτώση τάσης στη δίοδο. Μεταξύ της βάσης και του πομπού του τρανζίστορ Τ 2Συνιστάται να συμπεριλάβετε μια αντίσταση με μικρή αντίσταση. Οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν αυτό το κύκλωμα σε στάδια εξόδου push-pull υψηλής ισχύος όταν θέλουν να χρησιμοποιήσουν τρανζίστορ εξόδου μιας μόνο πολικότητας. Ένα παράδειγμα τέτοιου κυκλώματος φαίνεται στο Σχ. 2.63.
Ρύζι. 2.63. Ένας ισχυρός καταρράκτης push-pull που χρησιμοποιεί μόνο τρανζίστορ εξόδου n‑р‑n-τύπος.
Όπως και πριν, η αντίσταση είναι η αντίσταση συλλέκτη του τρανζίστορ Τ 1. Τρανζίστορ Darlington που σχηματίζεται από τρανζίστορ Τ 2Και Τ 3, συμπεριφέρεται σαν ένα τρανζίστορ n‑р‑n- τύπου, με μεγάλο κέρδος ρεύματος. Τρανζίστορ Τ 4Και Τ 5, συνδεδεμένο σύμφωνα με το κύκλωμα Sziklai, συμπεριφέρονται σαν ένα ισχυρό τρανζίστορ p‑n‑p- τύπος με υψηλό κέρδος. Όπως και πριν, αντιστάσεις R 3Και R 4έχουν μικρή αντίσταση. Αυτό το κύκλωμα ονομάζεται μερικές φορές επαναλήπτης push-pull με σχεδόν συμπληρωματική συμμετρία. Σε πραγματικό καταρράκτη με πρόσθετη συμμετρία (συμπληρωματικά), τρανζίστορ Τ 4Και Τ 5θα συνδεόταν σύμφωνα με το κύκλωμα Darlington.
Τρανζίστορ με εξαιρετικά υψηλό κέρδος ρεύματος.Τα σύνθετα τρανζίστορ - τα τρανζίστορ Darlington και άλλα παρόμοια - δεν πρέπει να συγχέονται με τρανζίστορ εξαιρετικά υψηλού ρεύματος, στα οποία πολύ μεγάλη αξίασυντελεστής ω 21Επου λαμβάνεται κατά την τεχνολογική διαδικασία κατασκευής ενός στοιχείου. Ένα παράδειγμα τέτοιου στοιχείου είναι το τρανζίστορ τύπου 2N5962, για το οποίο είναι εγγυημένο ένα ελάχιστο κέρδος ρεύματος 450 όταν το ρεύμα του συλλέκτη αλλάζει στην περιοχή από 10 μA έως 10 mA. αυτό το τρανζίστορ ανήκει στη σειρά στοιχείων 2N5961‑2N5963, η οποία χαρακτηρίζεται από μια σειρά μέγιστων τάσεων U CEαπό 30 έως 60 V (αν η τάση του συλλέκτη πρέπει να είναι υψηλότερη, τότε θα πρέπει να μειώσετε την τιμή β
). Η βιομηχανία παράγει ταιριαστά ζεύγη τρανζίστορ με εξαιρετικά υψηλές τιμές συντελεστών β
. Χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές χαμηλού σήματος για τους οποίους τα τρανζίστορ πρέπει να έχουν ταιριαστά χαρακτηριστικά. αφιερωμένο σε αυτό το θέμα τμήμα 2.18. Παραδείγματα τέτοιων τυπικών κυκλωμάτων είναι κυκλώματα όπως το LM394 και το MAT-01. είναι ζεύγη τρανζίστορ υψηλής απολαβής στα οποία η τάση U BEσυμφώνησε σε κλάσματα του millivolt (το πολύ καλά σχήματαπαρέχεται αντιστοίχιση έως 50 µV), και ο συντελεστής ω 21Ε– έως 1%. Το κύκλωμα τύπου MAT-03 είναι ένα ταιριαστό ζεύγος p‑n‑p- τρανζίστορ.
Τρανζίστορ εξαιρετικά υψηλής αναλογίας β
μπορούν να συνδυαστούν σύμφωνα με το σχήμα Darlington. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα πόλωσης βάσης μπορεί να γίνει ίσο με μόνο 50 pA (παραδείγματα τέτοιων κυκλωμάτων είναι λειτουργικοί ενισχυτές όπως οι LM111 και LM316.
Σύνδεσμος παρακολούθησης
Κατά τη ρύθμιση της τάσης πόλωσης, για παράδειγμα σε έναν ακολουθητή εκπομπού, οι αντιστάσεις διαιρέτη στο κύκλωμα βάσης επιλέγονται έτσι ώστε ο διαχωριστής σε σχέση με τη βάση να λειτουργεί ως πηγή σκληρής τάσης, δηλαδή, έτσι ώστε η αντίσταση των παράλληλα συνδεδεμένων αντιστάσεων να είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίσταση εισόδου του κυκλώματος στις πλευρικές βάσεις. Από αυτή την άποψη, η αντίσταση εισόδου ολόκληρου του κυκλώματος καθορίζεται από τον διαιρέτη τάσης - για ένα σήμα που φθάνει στην είσοδό του, η αντίσταση εισόδου αποδεικνύεται πολύ μικρότερη από ό,τι είναι πραγματικά απαραίτητο. Στο Σχ. Το Σχήμα 2.64 δείχνει ένα αντίστοιχο παράδειγμα.
Ρύζι. 2.64.
Η αντίσταση εισόδου του κυκλώματος είναι περίπου 9 kΩ και η αντίσταση διαιρέτη τάσης για το σήμα εισόδου είναι 10 kΩ. Είναι επιθυμητό η αντίσταση εισόδου να είναι πάντα υψηλή και σε κάθε περίπτωση δεν είναι συνετό να φορτώνεται η πηγή σήματος εισόδου του κυκλώματος με ένα διαχωριστικό, το οποίο τελικά χρειάζεται μόνο για την παροχή πόλωσης στο τρανζίστορ. Η μέθοδος επικοινωνίας παρακολούθησης σάς επιτρέπει να ξεφύγετε από αυτή τη δυσκολία (Εικ. 2.65).
Ρύζι. 2,65. Αύξηση της σύνθετης αντίστασης εισόδου του ακολούθου εκπομπού στις συχνότητες σήματος με τη συμπερίληψη ενός διαιρέτη στο κύκλωμα παρακολούθησης, το οποίο παρέχει μια βασική πόλωση.
Η πόλωση τρανζίστορ παρέχεται από αντιστάσεις R1, R2, R3. Πυκνότητα Γ 2επιλέγεται έτσι ώστε η συνολική του αντίσταση στις συχνότητες σήματος να είναι μικρή σε σύγκριση με την αντίσταση των αντιστάσεων πόλωσης. Όπως πάντα, η προκατάληψη θα είναι σταθερή εάν η αντίσταση συνεχούς ρεύματος της πηγής της που δίνεται στη βάση (στην περίπτωση αυτή 9,7 kOhm) είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίσταση συνεχούς ρεύματος από τη βάση (σε αυτήν την περίπτωση ~ 100 kOhm). Αλλά εδώ η αντίσταση εισόδου για τις συχνότητες σήματος δεν είναι ίση με την αντίσταση DC.
Εξετάστε τη διαδρομή σήματος: σήμα εισόδου U μέσαπαράγει ένα σήμα στον πομπό u Ε ~= εσύ μέσα, άρα η αύξηση του ρεύματος που ρέει μέσω της αντίστασης πόλωσης R 3, θα είναι εγώ = (εσύ μέσα – u Ε)/R 3~= 0, δηλ. Ζσε = εσύ μέσα /εισάγω) ~=
Βρήκαμε ότι η αντίσταση εισόδου (shunt) του κυκλώματος πόλωσης είναι πολύ υψηλή για συχνότητες σήματος .
Μια άλλη προσέγγιση στην ανάλυση κυκλώματος βασίζεται στο γεγονός ότι η πτώση τάσης σε μια αντίσταση R 3για όλες τις συχνότητες το σήμα είναι το ίδιο (αφού η τάση μεταξύ των ακροδεκτών του αλλάζει εξίσου), δηλαδή είναι πηγή ρεύματος. Αλλά η αντίσταση της πηγής ρεύματος είναι άπειρη. Στην πραγματικότητα, η πραγματική τιμή της αντίστασης δεν είναι άπειρη, καθώς το κέρδος ακολούθου είναι ελαφρώς μικρότερο από 1. Αυτό προκαλείται από το γεγονός ότι η πτώση τάσης μεταξύ βάσης και πομπού εξαρτάται από το ρεύμα του συλλέκτη, το οποίο αλλάζει καθώς αλλάζει η στάθμη του σήματος . Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να ληφθεί εάν λάβουμε υπόψη το διαχωριστικό που σχηματίζεται από την αντίσταση εξόδου στην πλευρά του εκπομπού [ r Ε = 25/Ι Κ(mA) Ohm] και αντίσταση εκπομπού. Αν συμβολίζεται το κέρδος τάσης του επαναλήπτη ΕΝΑ (ΕΝΑ~= 1), τότε η πραγματική τιμή αντίστασης R 3σε συχνότητες σήματος ισούται R 3 /(1 – ΕΝΑ). Στην πράξη, η αποτελεσματική αξία της αντίστασης R 3είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική του τιμή και η αντίσταση εισόδου κυριαρχείται από την αντίσταση εισόδου του τρανζίστορ στην πλευρά της βάσης. Σε έναν αναστροφικό ενισχυτή κοινού πομπού, μπορεί να γίνει μια παρόμοια σύζευξη παρακολούθησης, αφού το σήμα στον πομπό ακολουθεί το σήμα στη βάση. Σημειώστε ότι το κύκλωμα διαιρέτη τάσης πόλωσης τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα(σε συχνότητες σήματος) από την έξοδο εκπομπού χαμηλής σύνθετης αντίστασης, επομένως το σήμα εισόδου δεν χρειάζεται να το κάνει αυτό.
Σύνδεση σερβομηχανισμού σε φορτίο συλλέκτη.Η αρχή της σερβοσύζευξης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της αποτελεσματικής αντίστασης της αντίστασης φορτίου συλλέκτη εάν ο καταρράκτης φορτωθεί σε έναν επαναλήπτη. Σε αυτή την περίπτωση, το κέρδος τάσης του καταρράκτη θα αυξηθεί σημαντικά [θυμηθείτε ότι KU = – g m R K, Α g m = 1/(R 3 + r Ε)]·
Στο Σχ. Το Σχήμα 2.66 δείχνει ένα παράδειγμα ενός σταδίου εξόδου push-pull με σερβο-σύνδεσμο, κατασκευασμένο παρόμοιο με το κύκλωμα επαναλήπτη push-pull που συζητήθηκε παραπάνω.
Ρύζι. 2.66. Σερβοσύζευξη στο φορτίο συλλέκτη ενός ενισχυτή ισχύος, που είναι ένα στάδιο φόρτωσης.
Αφού η έξοδος επαναλαμβάνει το σήμα με βάση το τρανζίστορ Τ 2, πυκνωτής ΜΕδημιουργεί μια σύνδεση παρακολούθησης στο φορτίο συλλέκτη του τρανζίστορ Τ 1και διατηρεί σταθερή πτώση τάσης στην αντίσταση R 2παρουσία σήματος (σύνθετη αντίσταση πυκνωτή ΜΕθα πρέπει να είναι μικρό σε σύγκριση με R 1Και R 2σε ολόκληρη τη ζώνη συχνοτήτων σήματος). Χάρη σε αυτό, η αντίσταση R 2γίνεται παρόμοια με μια πηγή ρεύματος, το κέρδος του τρανζίστορ αυξάνεται Τ 1τάση και διατηρεί επαρκή τάση στη βάση του τρανζίστορ Τ 2ακόμη και σε μέγιστες τιμές σήματος. Όταν το σήμα πλησιάσει την τάση τροφοδοσίας U QCδυναμικό στο σημείο σύνδεσης της αντίστασης R 1Και R 2γίνεται περισσότερο από U QC, χάρη στο φορτίο που συσσωρεύει ο πυκνωτής ΜΕ. Επιπλέον, εάν R 1 = R 2(μια καλή επιλογή για την επιλογή αντιστάσεων), τότε το δυναμικό στο σημείο της σύνδεσής τους θα ξεπεράσει U QC 1,5 φορές τη στιγμή που το σήμα εξόδου γίνεται ίσο U QC. Αυτό το κύκλωμα έχει αποκτήσει μεγάλη δημοτικότητα στην ανάπτυξη οικιακών ενισχυτών χαμηλής συχνότητας, αν και μια απλή πηγή ρεύματος έχει πλεονεκτήματα σε σχέση με ένα σερβοκύκλωμα, καθώς δεν χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί ένα ανεπιθύμητο στοιχείο - ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής - και παρέχει καλύτερα χαρακτηριστικάσε χαμηλές συχνότητες.
|
Κυριολεκτικά αμέσως μετά την εμφάνιση συσκευών ημιαγωγών, ας πούμε, των τρανζίστορ, άρχισαν γρήγορα να εκτοπίζουν τις ηλεκτρικές συσκευές κενού και, ειδικότερα, τις τριόδους. Επί του παρόντος, τα τρανζίστορ κατέχουν ηγετική θέση στο σχεδιασμό κυκλωμάτων.
Ένας αρχάριος, και μερικές φορές ακόμη και ένας έμπειρος ερασιτέχνης σχεδιαστής ραδιοφώνου, δεν καταφέρνει αμέσως να βρει την επιθυμητή λύση κυκλώματος ή να κατανοήσει τον σκοπό ορισμένων στοιχείων στο κύκλωμα. Έχοντας στη διάθεσή σας ένα σετ από "τούβλα" με γνωστές ιδιότητες, είναι πολύ πιο εύκολο να χτίσετε το "κτίριο" μιας ή άλλης συσκευής.
Χωρίς να σταθούμε λεπτομερώς στις παραμέτρους του τρανζίστορ (έχουν γραφτεί αρκετά για αυτό στη σύγχρονη βιβλιογραφία, για παράδειγμα, στο), θα εξετάσουμε μόνο μεμονωμένες ιδιότητες και τρόπους βελτίωσής τους.
Ένα από τα πρώτα προβλήματα που αντιμετωπίζει ένας προγραμματιστής είναι η αύξηση της ισχύος του τρανζίστορ. Μπορεί να λυθεί συνδέοντας τρανζίστορ παράλληλα (). Οι αντιστάσεις εξισορρόπησης ρεύματος στα κυκλώματα εκπομπού βοηθούν στην ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου.
Αποδεικνύεται ότι η παράλληλη σύνδεση τρανζίστορ είναι χρήσιμη όχι μόνο για την αύξηση της ισχύος κατά την ενίσχυση μεγάλων σημάτων, αλλά και για τη μείωση του θορύβου κατά την ενίσχυση των αδύναμων σημάτων. Το επίπεδο θορύβου μειώνεται ανάλογα με την τετραγωνική ρίζα του αριθμού των παράλληλα συνδεδεμένων τρανζίστορ.
Η προστασία από υπερένταση επιλύεται πιο εύκολα με την εισαγωγή ενός πρόσθετου τρανζίστορ (). Το μειονέκτημα ενός τέτοιου αυτοπροστατευόμενου τρανζίστορ είναι η μείωση της απόδοσης λόγω της παρουσίας αισθητήρα ρεύματος R. Μια πιθανή επιλογή βελτίωσης φαίνεται στο. Χάρη στην εισαγωγή μιας διόδου γερμανίου ή διόδου Schottky, είναι δυνατό να μειωθεί η τιμή της αντίστασης R αρκετές φορές και επομένως η ισχύς που διαχέεται σε αυτήν.
Για προστασία από την αντίστροφη τάση, μια δίοδος συνδέεται συνήθως παράλληλα με τους ακροδέκτες εκπομπού-συλλέκτη, όπως, για παράδειγμα, σε σύνθετα τρανζίστορ όπως KT825, KT827.
Όταν το τρανζίστορ λειτουργεί σε λειτουργία μεταγωγής, όταν απαιτείται γρήγορη εναλλαγή από ανοιχτή σε κλειστή κατάσταση και πίσω, μερικές φορές χρησιμοποιείται ένα εξαναγκαστικό κύκλωμα RC (). Τη στιγμή που ανοίγει το τρανζίστορ, η φόρτιση του πυκνωτή αυξάνει το ρεύμα βάσης του, γεγονός που βοηθά στη μείωση του χρόνου ενεργοποίησης. Η τάση κατά μήκος του πυκνωτή φτάνει στην πτώση τάσης στην αντίσταση βάσης που προκαλείται από το ρεύμα βάσης. Τη στιγμή που το τρανζίστορ κλείνει, ο πυκνωτής, εκφορτιζόμενος, προωθεί την απορρόφηση των μειοψηφικών φορέων στη βάση, μειώνοντας τον χρόνο απενεργοποίησης.
Μπορείτε να αυξήσετε τη διααγωγιμότητα του τρανζίστορ (την αναλογία της αλλαγής στο ρεύμα συλλέκτη (αποστράγγιση) προς τη μεταβολή της τάσης στη βάση (πύλη) που την προκάλεσε σε σταθερή Uke Usi)) χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα Darlington (). Μια αντίσταση στο κύκλωμα βάσης του δεύτερου τρανζίστορ (μπορεί να λείπει) χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του ρεύματος συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ. Ένα παρόμοιο σύνθετο τρανζίστορ με υψηλή αντίσταση εισόδου (λόγω χρήσης τρανζίστορ εφέ πεδίου) παρουσιάστηκε στις . Σύνθετα τρανζίστορ που φαίνονται στο Σχ. και , συναρμολογούνται σε τρανζίστορ διαφορετικής αγωγιμότητας σύμφωνα με το κύκλωμα Szyklai.
Εισαγωγή πρόσθετων τρανζίστορ στα κυκλώματα Darlington και Sziklai, όπως φαίνεται στο Σχ. και, αυξάνει την αντίσταση εισόδου του δεύτερου σταδίου για εναλλασσόμενο ρεύμα και, κατά συνέπεια, τον συντελεστή μετάδοσης. Εφαρμογή παρόμοιας λύσης σε τρανζίστορ Εικ. και δίνει τα κυκλώματα και αντίστοιχα, γραμμικοποίηση της διααγωγιμότητας του τρανζίστορ.
Ένα τρανζίστορ ευρείας ζώνης υψηλής ταχύτητας παρουσιάζεται στο. Αυξημένη απόδοση επιτεύχθηκε ως αποτέλεσμα της μείωσης του φαινομένου Miller με παρόμοιο τρόπο.
Το τρανζίστορ "διαμάντι" σύμφωνα με το γερμανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας παρουσιάζεται στο. Οι πιθανές επιλογές για τη συμπερίληψή του εμφανίζονται στο. ΧαρακτηριστικόΑυτό το τρανζίστορ είναι η απουσία αναστροφής στον συλλέκτη. Εξ ου και ο διπλασιασμός της χωρητικότητας φορτίου του κυκλώματος.
Ένα ισχυρό σύνθετο τρανζίστορ με τάση κορεσμού περίπου 1,5 V φαίνεται στο Σχ. 24. Η ισχύς του τρανζίστορ μπορεί να αυξηθεί σημαντικά αντικαθιστώντας το τρανζίστορ VT3 με ένα σύνθετο τρανζίστορ ().
Παρόμοιος συλλογισμός μπορεί να γίνει και για το τρανζίστορ τύπος p-n-p, καθώς και ένα τρανζίστορ πεδίου με κανάλι τύπου p. Όταν χρησιμοποιείτε ένα τρανζίστορ ως ρυθμιστικό στοιχείο ή σε λειτουργία μεταγωγής, είναι δυνατές δύο επιλογές για τη σύνδεση του φορτίου: στο κύκλωμα συλλέκτη () ή στο κύκλωμα εκπομπού ().
Όπως φαίνεται από τους παραπάνω τύπους, η μικρότερη πτώση τάσης και κατά συνέπεια η ελάχιστη απαγωγή ισχύος είναι στο απλό τρανζίστορμε φορτίο στο κύκλωμα συλλέκτη. Η χρήση ενός σύνθετου τρανζίστορ Darlington και Szyklai με φορτίο στο κύκλωμα συλλέκτη είναι ισοδύναμη. Ένα τρανζίστορ Darlington μπορεί να έχει ένα πλεονέκτημα εάν οι συλλέκτες των τρανζίστορ δεν συνδυάζονται. Όταν ένα φορτίο συνδέεται στο κύκλωμα εκπομπού, το πλεονέκτημα του τρανζίστορ Siklai είναι προφανές.
Λογοτεχνία:
1. Stepanenko I. Βασικές αρχές της θεωρίας των τρανζίστορ και των κυκλωμάτων τρανζίστορ. - Μ.: Ενέργεια, 1977.
2. Ευρεσιτεχνία ΗΠΑ 4633100: Δημ. 20-133-83.
3. Α.σ. 810093.
4. Ευρεσιτεχνία ΗΠΑ 4,730,124: Pub. - Σελ.47.
1. Αύξηση της ισχύος του τρανζίστορ.
Απαιτούνται αντιστάσεις στα κυκλώματα εκπομπών για την ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου. Το επίπεδο θορύβου μειώνεται ανάλογα με την τετραγωνική ρίζα του αριθμού των τρανζίστορ που συνδέονται παράλληλα.
2. Προστασία από υπερένταση.
Το μειονέκτημα είναι η μείωση της απόδοσης λόγω της παρουσίας αισθητήρα ρεύματος R.
Μια άλλη επιλογή είναι ότι χάρη στην εισαγωγή μιας διόδου γερμανίου ή μιας διόδου Schottky, η τιμή της αντίστασης R μπορεί να μειωθεί αρκετές φορές και θα διαχέεται λιγότερη ισχύς σε αυτήν.
3. Σύνθετο τρανζίστορ με υψηλή αντίσταση εξόδου.
Λόγω της σύνδεσης cascode των τρανζίστορ, το φαινόμενο Miller μειώνεται σημαντικά.
Ένα άλλο κύκλωμα - λόγω της πλήρους αποσύνδεσης του δεύτερου τρανζίστορ από την είσοδο και της παροχής της αποστράγγισης του πρώτου τρανζίστορ με τάση ανάλογη της εισόδου, το σύνθετο τρανζίστορ έχει ακόμη υψηλότερα δυναμικά χαρακτηριστικά (η μόνη προϋπόθεση είναι ότι το δεύτερο τρανζίστορ πρέπει να έχει υψηλότερη τάση διακοπής). Το τρανζίστορ εισόδου μπορεί να αντικατασταθεί με ένα διπολικό.
4. Προστασία του τρανζίστορ από βαθύ κορεσμό.
Αποτροπή πόλωσης προς τα εμπρός της διασταύρωσης βάσης-συλλέκτη με χρήση διόδου Schottky.
Μια πιο σύνθετη επιλογή είναι το σχέδιο Baker. Όταν η τάση του συλλέκτη τρανζίστορ φτάσει στη βασική τάση, το «υπερβάλλον» ρεύμα βάσης απορρίπτεται μέσω της διασταύρωσης του συλλέκτη, αποτρέποντας τον κορεσμό.
5. Κύκλωμα περιορισμού κορεσμού για διακόπτες σχετικά χαμηλής τάσης.
Με αισθητήρα ρεύματος βάσης.
Με αισθητήρα ρεύματος συλλέκτη.
6. Μείωση του χρόνου ενεργοποίησης/απενεργοποίησης του τρανζίστορ χρησιμοποιώντας μια αλυσίδα εξαναγκασμού RC.
7. Σύνθετο τρανζίστορ.
Διάγραμμα Darlington.
Σχέδιο Siklai.
Αν πάρουμε, για παράδειγμα, ένα τρανζίστορ MJE3055Tέχει μέγιστο ρεύμα 10Α και το κέρδος είναι μόνο περίπου 50, για να ανοίξει τελείως, χρειάζεται να αντλήσει περίπου διακόσια χιλιοστά αμπέρ ρεύματος στη βάση. Μια κανονική έξοδος MK δεν θα χειριστεί τόσα πολλά, αλλά αν συνδέσετε ένα πιο αδύναμο τρανζίστορ μεταξύ τους (κάποιο είδος BC337) ικανό να τραβήξει αυτά τα 200 mA, τότε είναι εύκολο. Αλλά αυτό είναι για να το ξέρει. Τι γίνεται αν πρέπει να φτιάξετε ένα σύστημα ελέγχου από αυτοσχέδια σκουπίδια - θα σας φανεί χρήσιμο. Στην πράξη, έτοιμο συγκροτήματα τρανζίστορ. Εξωτερικά, δεν διαφέρει από ένα συμβατικό τρανζίστορ. Ίδιο σώμα, ίδια τρία πόδια. Απλώς έχει πολλή ισχύ και το ρεύμα ελέγχου είναι μικροσκοπικό :) Στους τιμοκαταλόγους συνήθως δεν ενοχλούνται και γράφουν απλά - ένα τρανζίστορ Darlington ή ένα σύνθετο τρανζίστορ.
Για παράδειγμα ένα ζευγάρι BDW93C(NPN) και BDW94С(PNP) Εδώ είναι η εσωτερική τους δομή από το φύλλο δεδομένων.
Επιπλέον, υπάρχουν Συνελεύσεις Darlington. Όταν συσκευάζονται πολλά σε ένα πακέτο ταυτόχρονα. Ένα απαραίτητο πράγμα όταν χρειάζεται να κατευθύνετε κάποια ισχυρή οθόνη LED ή βηματικό κινητήρα (). Ένα εξαιρετικό παράδειγμα μιας τέτοιας κατασκευής - πολύ δημοφιλές και εύκολα διαθέσιμο ULN2003, ικανό να σύρεται μέχρι 500
mA για καθένα από τα επτά συγκροτήματά του. Οι έξοδοι είναι δυνατές περιλαμβάνουν παράλληλανα αυξηθεί τρέχον όριο. Συνολικά, ένα ULN μπορεί να μεταφέρει έως και 3,5A μέσω του εαυτού του εάν όλες οι είσοδοι και οι έξοδοι του είναι παραλληλισμένες. Αυτό που με χαροποιεί είναι ότι η έξοδος είναι απέναντι από την είσοδο, είναι πολύ βολικό να δρομολογήσετε τη σανίδα κάτω από αυτήν. Κατευθείαν. Το φύλλο δεδομένων δείχνει την εσωτερική δομή αυτού του τσιπ. Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν και προστατευτικές δίοδοι εδώ. Παρά το γεγονός ότι σχεδιάζονται σαν να ήταν λειτουργικοί ενισχυτές, η έξοδος εδώ είναι ανοιχτού τύπου συλλέκτη. Δηλαδή, μπορεί να βραχυκυκλώσει μόνο με το έδαφος. Τι γίνεται σαφές από το ίδιο φύλλο δεδομένων αν κοιτάξετε τη δομή μιας βαλβίδας.
Εάν συνδέσετε τα τρανζίστορ όπως φαίνεται στο Σχ. 2.60, τότε το προκύπτον κύκλωμα θα λειτουργεί ως ένα τρανζίστορ και ο συντελεστής β του θα είναι ίσος με το γινόμενο των συντελεστών β των τρανζίστορ των εξαρτημάτων. Αυτή η τεχνική είναι χρήσιμη για κυκλώματα που χειρίζονται υψηλά ρεύματα (όπως ρυθμιστές τάσης ή στάδια εξόδου ενισχυτή ισχύος) ή για στάδια εισόδου ενισχυτή που απαιτούν υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου.
Ρύζι. 2,60. Σύνθετο τρανζίστορ Darlington.
Σε ένα τρανζίστορ Darlington, η πτώση τάσης μεταξύ βάσης και εκπομπού είναι διπλάσια από την κανονική και η τάση κορεσμού είναι ίση με τουλάχιστον την πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου (καθώς το δυναμικό εκπομπού του τρανζίστορ T 1 πρέπει να υπερβαίνει το δυναμικό εκπομπού του τρανζίστορ T 2 από την ποσότητα της πτώσης τάσης στη δίοδο). Επιπλέον, τα τρανζίστορ που συνδέονται με αυτόν τον τρόπο συμπεριφέρονται σαν ένα τρανζίστορ με αρκετά χαμηλή ταχύτητα, καθώς το τρανζίστορ T 1 δεν μπορεί να απενεργοποιήσει γρήγορα το τρανζίστορ T 2. Λαμβάνοντας υπόψη αυτή την ιδιότητα, συνήθως περιλαμβάνεται μια αντίσταση μεταξύ της βάσης και του πομπού του τρανζίστορ T 2 (Εικ. 2.61). Η αντίσταση R εμποδίζει το τρανζίστορ T 2 να μετακινηθεί στην περιοχή αγωγιμότητας λόγω ρευμάτων διαρροής των τρανζίστορ T 1 και T 2. Η αντίσταση της αντίστασης επιλέγεται έτσι ώστε τα ρεύματα διαρροής (μετρούμενα σε νανοαμπέρ για τρανζίστορ μικρού σήματος και σε εκατοντάδες μικροαμπέρ για τρανζίστορ υψηλής ισχύος) δημιουργούν μια πτώση τάσης σε αυτήν που δεν υπερβαίνει την πτώση τάσης στη δίοδο και την ίδια στιγμή, το ρεύμα ρέει μέσα από αυτό. μικρό σε σύγκριση με το ρεύμα βάσης του τρανζίστορ T 2. Τυπικά, η αντίσταση R είναι αρκετές εκατοντάδες ohms σε ένα τρανζίστορ Darlington υψηλής ισχύος και αρκετές χιλιάδες ohms σε ένα τρανζίστορ Darlington μικρού σήματος.
Ρύζι. 2.61. Αύξηση της ταχύτητας απενεργοποίησης σε ένα σύνθετο τρανζίστορ Darlington.
Η βιομηχανία παράγει τρανζίστορ Darlington με τη μορφή ολοκληρωμένων μονάδων, τα οποία συνήθως περιλαμβάνουν αντίσταση εκπομπού. Ένα παράδειγμα τέτοιου τυπικού σχήματος είναι ισχυρό n-p-n- Τρανζίστορ Darlington τύπου 2N6282, το κέρδος ρεύματος είναι 4000 (τυπική τιμή) για ρεύμα συλλέκτη 10 A.
Σύνδεση τρανζίστορ σύμφωνα με το κύκλωμα Sziklai.Η σύνδεση τρανζίστορ σύμφωνα με το κύκλωμα Sziklai είναι ένα κύκλωμα παρόμοιο με αυτό. που μόλις κοιτάξαμε. Παρέχει επίσης αύξηση του συντελεστή β. Μερικές φορές μια τέτοια σύνδεση ονομάζεται συμπληρωματικό τρανζίστορ Darlington (Εικ. 2.62). Το κύκλωμα συμπεριφέρεται σαν τρανζίστορ n-p-n με μεγάλο συντελεστή β. Το κύκλωμα έχει μία μόνο τάση μεταξύ βάσης και πομπού και η τάση κορεσμού, όπως και στο προηγούμενο κύκλωμα, είναι τουλάχιστον ίση με την πτώση τάσης στη δίοδο. Συνιστάται να συμπεριλάβετε μια αντίσταση με χαμηλή αντίσταση μεταξύ της βάσης και του πομπού του τρανζίστορ Τ2. Οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν αυτό το κύκλωμα σε στάδια εξόδου push-pull υψηλής ισχύος όταν θέλουν να χρησιμοποιήσουν τρανζίστορ εξόδου μιας μόνο πολικότητας. Ένα παράδειγμα τέτοιου κυκλώματος φαίνεται στο Σχ. 2.63. Όπως και πριν, η αντίσταση είναι η αντίσταση συλλέκτη του τρανζίστορ T 1 Darlington που σχηματίζεται από τα τρανζίστορ T 2 και T 3 . συμπεριφέρεται σαν ένα απλό τρανζίστορ n-p-n. με υψηλό κέρδος ρεύματος. Τα τρανζίστορ T 4 και T 5, συνδεδεμένα σύμφωνα με το κύκλωμα Sziklai, συμπεριφέρονται σαν ένα ισχυρό τρανζίστορ p-n-p. με υψηλό κέρδος. Όπως και πριν, οι αντιστάσεις R 3 και R 4 έχουν μικρή αντίσταση. Αυτό το κύκλωμα ονομάζεται μερικές φορές επαναλήπτης push-pull με σχεδόν συμπληρωματική συμμετρία. Σε έναν πραγματικό καταρράκτη με πρόσθετη συμμετρία (συμπληρωματική), τα τρανζίστορ T 4 και T 5 θα συνδεθούν σύμφωνα με ένα κύκλωμα Darlington.
Ρύζι. 2.62. Σύνδεση τρανζίστορ σύμφωνα με το κύκλωμα Sziklai («συμπληρωματικό τρανζίστορ Darlington»).
Ρύζι. 2.63. Ένας ισχυρός καταρράκτης push-pull που χρησιμοποιεί μόνο τρανζίστορ εξόδου τύπου n-p-n.
Τρανζίστορ με εξαιρετικά υψηλό κέρδος ρεύματος.Τα σύνθετα τρανζίστορ - το τρανζίστορ Darlington και τα παρόμοια - δεν πρέπει να συγχέονται με τρανζίστορ με εξαιρετικά υψηλό κέρδος ρεύματος, στα οποία λαμβάνεται πολύ μεγάλη τιμή του συντελεστή h21e κατά την τεχνολογική διαδικασία κατασκευής του στοιχείου. Ένα παράδειγμα τέτοιου στοιχείου είναι ένα τρανζίστορ τύπου 2N5962. για τα οποία είναι εγγυημένη ελάχιστη απολαβή ρεύματος 450 όταν το ρεύμα συλλέκτη αλλάζει στην περιοχή από 10 μA έως 10 mA. αυτό το τρανζίστορ ανήκει στη σειρά στοιχείων 2N5961-2N5963, η οποία χαρακτηρίζεται από ένα μέγιστο εύρος τάσης Uke από 30 έως 60 V (αν η τάση του συλλέκτη πρέπει να είναι υψηλότερη, τότε η τιμή του C πρέπει να μειωθεί). Η βιομηχανία παράγει ταιριαστά ζεύγη τρανζίστορ με εξαιρετικά υψηλό συντελεστή β. Χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές χαμηλού σήματος για τους οποίους τα τρανζίστορ πρέπει να έχουν αντίστοιχα χαρακτηριστικά. Η ενότητα είναι αφιερωμένη σε αυτό το θέμα. 2.18. Παραδείγματα τέτοιων τυπικών κυκλωμάτων είναι κυκλώματα όπως το LM394 και το MAT-01. είναι ζεύγη τρανζίστορ με υψηλό κέρδος, στα οποία η τάση U αντιστοιχεί σε κλάσματα του millivolt (στα καλύτερα κυκλώματα παρέχεται αντιστοίχιση έως 50 μV) και ο συντελεστής h 21e είναι έως 1%. Το κύκλωμα τύπου MAT-03 είναι συντονισμένο ένα ζεύγος p-n-p- τρανζίστορ.
Τρανζίστορ με εξαιρετικά υψηλό συντελεστή β μπορούν να συνδυαστούν χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα Darlington. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα πόλωσης βάσης μπορεί να γίνει ίσο με μόνο 50 pA (παραδείγματα τέτοιων κυκλωμάτων είναι λειτουργικοί ενισχυτές όπως οι LM111 και LM316.
Ο ενισχυτής ονομάζεται ακριβώς έτσι, όχι επειδή ο συγγραφέας του είναι ο DARLINGTON, αλλά επειδή το στάδιο εξόδου του ενισχυτή ισχύος είναι χτισμένο σε τρανζίστορ Darlington (σύνθετα).
Για αναφορά
: Δύο τρανζίστορ της ίδιας δομής συνδέονται με ειδικό τρόπο για υψηλό κέρδος. Αυτή η σύνδεση των τρανζίστορ σχηματίζει ένα σύνθετο τρανζίστορ, ή τρανζίστορ Darlington - που πήρε το όνομά του από τον εφευρέτη αυτού του σχεδίου κυκλώματος. Ένα τέτοιο τρανζίστορ χρησιμοποιείται σε κυκλώματα που λειτουργούν με υψηλά ρεύματα (για παράδειγμα, σε κυκλώματα σταθεροποιητή τάσης, στάδια εξόδου ενισχυτών ισχύος) και στα στάδια εισόδου των ενισχυτών, εάν είναι απαραίτητο να παρέχεται υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Ένα σύνθετο τρανζίστορ έχει τρεις ακροδέκτες (βάση, πομπός και συλλέκτης), οι οποίοι είναι ισοδύναμοι με τους ακροδέκτες ενός συμβατικού απλού τρανζίστορ. Το κέρδος ρεύματος ενός τυπικού σύνθετου τρανζίστορ είναι ≈1000 για τρανζίστορ υψηλής ισχύος και ≈50.000 για τρανζίστορ χαμηλής ισχύος.
Πλεονεκτήματα του τρανζίστορ Darlington
Υψηλό κέρδος ρεύματος.
Το κύκλωμα Darlington κατασκευάζεται με τη μορφή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και στο ίδιο ρεύμα επιφάνεια εργασίαςλιγότερο πυρίτιο από διπολικά τρανζίστορ. Αυτά τα κυκλώματα παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον στις υψηλές τάσεις.
Μειονεκτήματα ενός σύνθετου τρανζίστορ
Χαμηλή απόδοση, ειδικά η μετάβαση από ανοιχτή σε κλειστή κατάσταση. Για το λόγο αυτό, τα σύνθετα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται κυρίως σε κυκλώματα πλήκτρων και ενισχυτών χαμηλής συχνότητας σε υψηλές συχνότητες, οι παράμετροί τους είναι χειρότερες από αυτές ενός τρανζίστορ.
Η μπροστινή πτώση τάσης στη διασταύρωση βάσης-εκπομπού σε ένα κύκλωμα Darlington είναι σχεδόν διπλάσια από ό,τι σε ένα συμβατικό τρανζίστορ και είναι περίπου 1,2 - 1,4 V για τρανζίστορ πυριτίου.
Υψηλή τάση κορεσμού συλλέκτη-εκπομπού, για τρανζίστορ πυριτίου περίπου 0,9 V για τρανζίστορ χαμηλής ισχύος και περίπου 2 V για τρανζίστορ υψηλής ισχύος.
Σχηματικό διάγραμμα ULF
Ο ενισχυτής μπορεί να ονομαστεί η φθηνότερη επιλογή για την κατασκευή ενός ενισχυτή υπογούφερ μόνοι σας. Το πιο πολύτιμο πράγμα στο κύκλωμα είναι τα τρανζίστορ εξόδου, η τιμή των οποίων δεν ξεπερνά το 1$. Θεωρητικά, ένας τέτοιος ενισχυτής μπορεί να συναρμολογηθεί για 3-5 $ χωρίς τροφοδοτικό. Ας κάνουμε μια μικρή σύγκριση: ποιο μικροκύκλωμα μπορεί να παρέχει ισχύ 100-200 watt σε ένα φορτίο 4 ohm; Αμέσως στο μυαλό έρχονται διάσημοι. Αλλά αν συγκρίνετε τις τιμές, το κύκλωμα Darlington είναι και φθηνότερο και πιο ισχυρό από το TDA7294!
Το ίδιο το μικροκύκλωμα, χωρίς εξαρτήματα, κοστίζει τουλάχιστον 3 $ και η τιμή των ενεργών εξαρτημάτων ενός κυκλώματος Darlington δεν είναι μεγαλύτερη από 2-2,5 $! Επιπλέον, το κύκλωμα Darlington είναι 50-70 Watt πιο ισχυρό από το TDA7294!
Με φορτίο 4 ohm, ο ενισχυτής αποδίδει 150 watts, αυτή είναι η φθηνότερη και καλύτερη επιλογή για έναν ενισχυτή υπογούφερ. Το κύκλωμα του ενισχυτή χρησιμοποιεί φθηνό διόδους ανόρθωσης, το οποίο μπορεί να ληφθεί σε οποιαδήποτε ηλεκτρονική συσκευή.
Ο ενισχυτής μπορεί να παρέχει τέτοια ισχύ λόγω του γεγονότος ότι χρησιμοποιούνται σύνθετα τρανζίστορ στην έξοδο, αλλά εάν είναι επιθυμητό, μπορούν να αντικατασταθούν με συμβατικά. Είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε το συμπληρωματικό ζεύγος KT827/25, αλλά φυσικά η ισχύς του ενισχυτή θα πέσει στα 50-70 watt. Στον καταρράκτη διαφορικών, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οικιακό KT361 ή KT3107.
Ένα πλήρες ανάλογο του τρανζίστορ TIP41 είναι το δικό μας KT819A. Διαβάστε περισσότερα για τα τεχνικά χαρακτηριστικά του τρανζίστορ TIP41C. Φύλλο δεδομένων για TIP41 και TIP42.
Υλικό διασταύρωσης PN: Si
Δομή τρανζίστορ: NPN
Περιορίστε τη σταθερή διασπορά ισχύος συλλέκτη (Pc) του τρανζίστορ: 65 W
Οριακή σταθερή τάση συλλέκτη-βάσης (Ucb): 140 V
Όριο σταθερής τάσης συλλέκτη-εκπομπού (Uce) του τρανζίστορ: 100 V
Οριακή σταθερή τάση εκπομπού-βάσης (Ueb): 5 V
Οριο D.C.συλλέκτης τρανζίστορ (Ic max): 6 A
Περιορίστε τη θερμοκρασία διασταύρωση p-n(Tj): 150 C
Συχνότητα αποκοπής συντελεστή μεταφοράς ρεύματος (Ft) του τρανζίστορ: 3 MHz
- Χωρητικότητα σύνδεσης συλλέκτη (Cc): pF
Συντελεστής μεταφοράς στατικού ρεύματος σε κοινό κύκλωμα εκπομπού (Hfe), min: 20
Ένας τέτοιος ενισχυτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο ως υπογούφερ όσο και για ακουστική ευρείας ζώνης. Η απόδοση του ενισχυτή είναι επίσης αρκετά καλή. Με φορτίο 4 ohms, η ισχύς εξόδου του ενισχυτή είναι περίπου 150 watt, με φορτίο 8 ohms η ισχύς είναι 100 watts, η μέγιστη ισχύς του ενισχυτή μπορεί να φτάσει έως και 200 watt με τροφοδοσία +/- 50 βολτ.
