Site Loader
Posted on 02.07.2023

Составной биполярный транзистор (транзистор Дарлингтона), что собой представляет, какими особенностями обладает | ЭлектроХобби

В начале кратко стоит рассказать о биполярном транзисторе. Данный электронный компонент представляет собой полупроводниковый триод, главной спецификой которого является способность усиливать электрический ток. Управление токами большой величины происходит по средствам протекание небольших токов через управляющий p-n переход биполярного транзистора. Изображение схематического обозначения показано ниже на рисунке.

Схематическое изображение биполярного транзистора и его подключения

На картинке мы видим, что если мы будем пропускать через управляющий переход транзистора (база-эмиттерный переход) ток величиной 1 миллиампер, то в силовой части биполярного транзистора (это переход коллектор-эмиттер) мы получим силу тока уже 0,1 ампер (100 мА). Это значит, что коэффициент усиления у такого транзистора равен 100. Это один из основных параметров биполярного транзистора. Этот коэффициент усиления по току обычно обозначается как hFE или h31. У транзисторов малой мощности этот коэффициент усиления может быть около 500 (в среднем). У биполярных транзисторов, рассчитанных на большую мощность, он меньше и равен примерно 40. В случае, когда нужно получить еще большее усиление по силе тока, то уже в это случае применяют составные транзисторы, которые также носят называние транзисторы Дарлингтона.

Внешний вид целостного и спаянного составного транзистора Дарлингтона

Смысл составного транзистора заключается в том, что происходит соединение нескольких транзисторов (одинарных) по следующей схеме.

Протекание базового и коллекторного тока в схеме с составным транзистором

В результате подобного схематического соединения транзисторов мы получаем возможность иметь более высокое усиление по току. Сами же коэффициенты усиления каждого транзистора, что входит в состав составного, перемножаются. Когда мы возьмем транзисторы с изначально малым h31, допустим пусть у первого будет равен 50, а у второго компонента 20, то при общей их работе в схеме Дарлингтона они способны выдать совместный коэффициент усиления уже аж 1000.

Составные транзисторы можно делать своими руками, собирая их из нескольких компонентов. А можно покупать в цельном корпусе, готовые сборки. Кроме этого стоит учитывать такой момент – большой коэффициент усиления имеют транзисторы малой мощности. Допустим, у таких биполярных транзисторов как КТ3102 коэффициент усиления может доходит до 1000. Их мощность при этом всего до 250 мВт. Если взять транзисторы по мощнее, такие как КТ815, у которых h31 не выше 20-40. То мощность рассеивания у них уже до 10 Вт. Другими словами говоря, чем транзистор будет мощнее, тем хуже он может усиливать.

Когда мы возьмем один биполярный транзистор малой мощности, но с большим коэффициентом усиления, и один транзистор большей мощности (но при этом с небольшим h31), то после их соединения в один транзистор Дарлингтона можно получить и большую мощность и высокий коэффициент усиления. И это большой плюс данных схем. Во многих случаях схемы составных транзисторов имеют не больше двух элементов. И это является наиболее оптимальным вариантом для использования на практике. Хотя, когда нам нужно получить очень высокий коэффициент усиления по току могут соединяться и 3 и 4 транзистора. Больше 5 уже не ставят в схему, так как из-за сверх чувствительности выходной транзистор сразу при включении входит в режим полного насыщения.

Как и у любых других схем составной транзистор обладает и своими определенными недостатками. В статическом режиме схема Дарлингтона работает нормально, имея один явный недостаток – происходит суммирование падений напряжения база-эмиттерных переходов биполярных транзисторов, входящих в состав схемы Дарлингтона.

Суммирование падений напряжения база-эмиттер на составном транзисторе

Кремниевые биполярные транзисторы на своем управляющем p-n переходе имеют типичное падение напряжения, равное 0,6 вольт. Так как все база-эмиттерные переходы всех транзисторов в этой схеме включены друг за другом (последовательно), то и их падения напряжения просто сложатся. Если составной транзистор содержит 2 транзистора, то падение напряжения будет составлять от 1,2 вольта. Стоит учитывать, что с увеличением рабочего тока это падение на управляющем переходе транзистора может увеличиваться. Если же мы в составной транзистор поставим 3 транзистора, то и это падение напряжения уже будет от 1,8V.

Что касается динамического режима работы схемы Дарлингтона, то тут недостатков будет побольше. Дело в том, что составные транзисторы не способны нормально функционировать на высоких частотах. Если в этой схеме мы имеем перемножение коэффициентов усиления, то вот быстродействие будет, наоборот, уменьшаться. Это связано с тем, что после снятия питания с управляющего перехода транзистора начинает происходить постепенное рассасывание неосновных носителей электрического заряда. В свою очередь это увеличивает время перехода биполярного транзистора в полностью закрытое состояние.

Также у транзисторов Дарлингтона имеется ощутимое падение напряжения между коллектором и эмиттером, когда компонент полностью открыт (состояние насыщения). У составных транзисторов малой мощности оно равно около 1 вольта, а у более мощных компонентов может достигать и 2 вольта. Так что эту схему составного транзистора стоит применять с умом, там, где ее использование целесообразно и уместно.

Составной транзистор спаянный из двух биполярных КТ315 и КТ815дарлингтонасхемасоставнойтранзисторбиполярный

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

Составной транзистор — сборка Дарлингтона кратко Электротехника,…

Привет, сегодня поговорим про составной транзистор, обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое составной транзистор, сборка дарлингтона, транзистор дарлингтона, каскодная схема , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.

составной транзистор — электрическое соединение двух или более биполярных транзисторов или полевых транзисторов, либо комбинации тех и других (например, IGBT, где совместно применяются полевые и биполярные транзисторы) с целью улучшения тех или иных электрических параметров по сравнению с одиночными транзисторами. К этим схемам относятся составной транзистор дарлингтона , пара Шиклаи, каскодная схема , токовое зеркало и др.

Наиболее часто под термином «составной транзистор» подразумевается составной транзистор Дарлингтона.

рис. Схема составного транзистора Дарлингтона.

Схема Дарлингтона

рис. Принципиальная схема составного транзистора Дарлингтона с базовымрезистором.

Эту схему в 1953 году изобрел инженер-электрик, сотрудник Bell Laboratories Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington).

Составной транзистор Дарлингтона (иногда называют пара Дарлингтона, схема Дарлингтона) является каскадным соединением 2 или, редко, более двух биполярных транзисторов, включенных таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного.

Коэффициент усиления по току типичного составного транзистора Дарлингтона очень высок и приблизительно равен произведению коэффициентов усиления по току составляющих транзисторов, у мощных транзисторов (у схемы Дарлингтона, конструктивно выпускаемой в одном корпусе, например, транзистор КТ825 ≈1000) и у пар маломощных транзисторов ≈50000. Это означает, что небольшим входным током составного транзистора можно управлять выходными токами, на несколько порядков превышающими входной ток управления.

Достигнуть повышения коэффициента усиления по току можно также уменьшив толщину базы при изготовлении транзистора, но это представляет определенные технологические трудности и такие транзисторы имеют очень низкие коллекторные рабочие напряжения, не превышающие нескольких вольт. Поэтому в относительно сильноточных и высоковольтных схемах используются пара Дарлингтона или пара Шиклаи.

Иногда схему Дарлингтона не совсем корректно называют «супербета транзистор». Примерами супербета транзисторов могут служить серии одиночных транзисторов КТ3102, КТ3107 .

Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Однако и такие транзисторы иногда объединяют в схеме Дарлингтона.

Составные транзисторы Дарлингтона используются в сильноточных схемах, например, в схемах стабилизаторов напряжения, выходных каскадах усилителей мощности) и во входных каскадах усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс и малые входные токи.

Составной транзистор имеет три электрических вывода, которые эквивалентны выводам базы, эмиттера и коллектора обычного одиночного транзистора. Иногда в схеме для ускорения закрывания и снижения влияния начального тока входного транзистора используется резистивная нагрузка эмиттера входного транзистора. Описанное соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов, например, двух:

Покажем, что составной транзистор действительно имеет коэффициент β, значительно больший, чем у его обоих компонентов. Задавая приращение dIб=dIб1, получаем:

dIэ1=(1+β1)dIб=dIб2;

dI

к=dIк1+dIк2=β1dIб+β2((1+β1)dIб).

Деля dIк на dIб, находим результирующий дифференциальный коэффициент передачи:

βΣ=β1+β2+β1β2

Поскольку всегда , можно считать:

βΣ≈β1β2.

Следует подчеркнуть, что коэффициенты и могут различаться даже в случае однотипных транзисторов, поскольку ток эмиттера Iэ2 в 1+β2 раз больше тока эмиттера Iэ1 (это вытекает из очевидного равенства Iб2=Iэ1).

Схема (пара) Шиклаи

рис. Каскад Шиклаи, эквивалентный n-p-n транзистору

Паре Дарлингтона подобно соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai pair), названное так в честь его изобретателя ДжорджаК.

Шиклаи, также иногда называемое комплементарным транзистором Дарлингтона. В отличие от схемы Дарлингтона, состоящей из двух транзисторов одного типа проводимости, схема Шиклаи содержит транзисторы разного типа проводимости(p-n-p и n-p-n). Пара Шиклаи электрически эквивалентна n-p-n-транзистору c большим коэффициентом усиления. Входное напряжение — это напряжение между базой и эмиттером транзистора Q1, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора
Q2 обычно включают резистор с небольшим сопротивлением. Такая схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах при использовании выходных транзисторов одной проводимости.

Каскодная схема

рис. Каскодный усилитель на биполярных n-p-n транзисторах.

Составной транзистор, выполненный по так называемой каскодной схеме, характеризуется тем, что транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 — по схеме с общей базой. Такой составной транзистор эквивалентен одиночному транзистору, включенному по схеме с общим эмиттером, но при этом он имеет гораздо лучшие частотные свойства, высокое выходное сопротивление и больший линейный диапазон, т.е. меньше искажает передаваемый сигнал. Так как потенциал коллектора входного транзистора практически не изменяется, это существенно подавляет нежелательное влияние эффекта Миллера и улучшает частотные свойства.

Достоинства и недостатки составных транзисторов

Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей. В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ — граничная частота усиления по току и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов

VT1 и VT2.

Достоинства составных пар Дарлингтона и Шиклаи:

  • Высокий коэффициент усиления по току.
  • Схема Дарлингтона изготавливается в составе интегральных схем и при одинаковом токе площадь занимаемая парой на поверхности кристалла кремния меньше, чем у одиночного биполярного транзистора.
  • Применяются при относительно высоких напряжениях.

Недостатки составного транзистора:

  • Низкое быстродействие, особенно в ключевом режиме при переходе из открытого состояния в закрытое. Поэтому составные транзисторы используются преимущественно в низкочастотных ключевых и усилительных схемах, работающих в линейном режиме. На высоких частотах их частотные параметры хуже, чем у одиночного транзистора.
  • Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер выходного транзистора в схеме Дарлингтона почти в два раза больше, чем в одиночном транзисторе, и составляет для кремниевых транзисторов около 1,2 — 1,4 В, так как не может быть меньше, чем удвоенное падение напряжения на прямосмещенном p-n переходе.
  • Большое напряжение насыщения коллектор-эмиттер, для кремниевого транзистора около 0,9 В (по сравнению с 0,2 В у обычных транзисторов) для маломощных транзисторов и около 2 В для транзисторов большой мощности, так как не может быть меньше чем падение напряжения на прямосмещенном p-n переходе плюс падение напряжения на насыщенном входном транзисторе.

Применение нагрузочного резистора R1 позволяет улучшить некоторые характеристики составного транзистора. Величина резистора выбирается с таким расчетом, чтобы ток коллектор-эмиттер транзистора VT1 в закрытом состоянии (начальный ток коллектора) создавал на резисторе падение напряжения, недостаточное для открытия транзистора VT2. Таким образом, ток утечки транзистора VT1 не усиливается транзистором

VT2, тем самым уменьшается общий ток коллектор-эмиттер составного транзистора в закрытом состоянии. Кроме того, применение резистора R1 способствует увеличению быстродействия составного транзистора за счетфорсирования закрытия транзистора , так как неосновные носители, накопленные в базе VT2 при его запирании из режима насыщения не только рассасываются, но и стекают через этот резистор. Обычно сопротивление R1 выбирают величиной сотни Ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько кОм в маломощном транзисторе Дарлингтона.
Примером схемы Дарлингтона выполненной в одном корпусе со встроенным эмиттерным резистором служит мощный n-p-n транзистор Дарлингтона типа КТ825, его типовой коэффициент усиления по току около 1000 при коллекторном токе 10 А.

См. также

  • классификация транзисторов , биполярные транзисторы , биполярный транзистор , полупроводниковые триоды ,
  • полевые транзисторы , полевой транзистор , полупроводниковые триоды , mosfet ,
  • Дифференциальный каскад
  • усилитель

Напиши свое отношение про составной транзистор. Это меня вдохновит писать для тебя всё больше и больше интересного. Спасибо Надеюсь, что теперь ты понял что такое составной транзистор, сборка дарлингтона, транзистор дарлингтона, каскодная схема и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства

Расчет транзистора

Дарлингтона | Самодельные проекты схем

Транзистор Дарлингтона

— это хорошо известное и популярное соединение с использованием пары биполярных транзисторов с переходным транзистором (BJT), предназначенное для работы как унифицированный транзистор «супербета» . На следующей диаграмме показаны детали подключения.

Определение

Транзистор Дарлингтона можно определить как соединение между двумя биполярными транзисторами, которое позволяет им формировать один составной биполярный транзистор, получающий значительный коэффициент усиления по току, который обычно может превышать тысячу.

Основное преимущество этой конфигурации заключается в том, что составной транзистор ведет себя как единое устройство, имеющее повышенный коэффициент усиления по току, эквивалентный произведению коэффициентов усиления по току каждого транзистора.

Если соединение Дарлингтона состоит из двух отдельных биполярных транзисторов с коэффициентами усиления по току β 1 и β 2 , суммарный коэффициент усиления по току можно рассчитать по формуле:

β D = β 1 β 9 0017 2 — ——- (12,7)

Когда согласованные транзисторы используются в схеме Дарлингтона, так что β 1 = β 2 = β , приведенная выше формула для коэффициента усиления по току упрощается:

β D = β 2 — —— (12. 8)

Транзистор Дарлингтона в корпусе

Из-за своей огромной популярности транзисторы Дарлингтона также производятся и доступны в готовом виде в одном корпусе, который имеет два биполярных транзистора, соединенных внутри как один блок.

В следующей таблице представлено техническое описание примера пары датчиков Дарлингтона в одном корпусе.

Текущее усиление — это чистое усиление двух биполярных транзисторов. Блок поставляется с 3-мя стандартными выводами снаружи, а именно: база, эмиттер, коллектор.

Этот тип упакованных транзисторов Дарлингтона имеет внешние характеристики, аналогичные обычным транзисторам, но имеет очень высокий и улучшенный выходной коэффициент усиления по току по сравнению с обычными одиночными транзисторами.

Как сместить по постоянному току транзисторную схему Дарлингтона

На следующем рисунке показана обычная схема Дарлингтона, использующая транзисторы с очень высоким коэффициентом усиления по току β Д .

Здесь ток базы можно рассчитать по формуле:

I B = V CC — V BE / R B + β D R E 90 018 ——- ——- (12.9)

Хотя это может выглядеть аналогично уравнению, которое обычно применяется для любого обычного BJT, значение β D в приведенном выше уравнении будет существенно выше, а V BE будет сравнительно больше. Это также было доказано в образце таблицы данных, представленном в предыдущем абзаце.

Следовательно, ток излучения можно рассчитать как:

I E = (β D + 1) I B ≈ β D I B ———— —- (12.10)

Напряжение постоянного тока будет:


В E = I E R E ————— (12.11)

В B = V E + V BE ————— (12.12)

Решено Пример 1

Из данных, приведенных на следующем рисунке, рассчитайте токи смещения и напряжения цепи Дарлингтона.

Решение : Применяя уравнение (12.9), ток базы определяется как: Применяя уравнение (12.10), ток эмиттера можно оценить как:

I E ≈ 8000(2,56 мкА) ≈ 20,28 мА ≈ I C

Напряжение постоянного тока эмиттера можно рассчитать с помощью уравнения 12.11, как:

В E = 20,48 мА (390 Ом ) ≈ 8 В,

Наконец, напряжение коллектора можно оценить, применив уравнение 12.12, как указано ниже:

В B = 8 В + 1,6 В = 9,6 В

В этом примере напряжение питания на коллекторе Дарлингтона будет:
В C = 18 В

Эквивалентная цепь Дарлингтона переменного тока

В На рисунке ниже мы видим схему эмиттерного повторителя BJT, подключенную в режиме Дарлингтона. Базовый вывод пары подключен к входному сигналу переменного тока через конденсатор С1.

Выходной сигнал переменного тока, полученный через конденсатор С2, связан с выводом эмиттера устройства.

Результат моделирования вышеуказанной конфигурации представлен на следующем рисунке. Здесь транзистор Дарлингтона можно увидеть замененным эквивалентной схемой переменного тока, имеющей входное сопротивление r i и выходной источник тока, представленный как β D I 90 017 б

Входной импеданс переменного тока можно рассчитать, как описано ниже:

Базовый ток переменного тока, проходящий через 9(1) 2.13)

Начиная с
В о = (I b + β D I b )R E ———- (12.14)

Если мы применим уравнение 12.13 в уравнении. 12.14 получаем:

I b r i = V i — V o = V i — I b (1 + β Д )Р Е

Решение для V i :

V i = I b [r i + (1 + β D 90 018 )Р Е ]

В и / I b = r i + β D R E

Теперь, исследуя базу транзистора, его входное сопротивление переменному току можно оценить как:

Z i = R Б ॥ r i + β D R E ———- (12. 15)

Решенный пример 2

Теперь давайте решим практический пример для приведенной выше конструкции эмиттерного повторителя, эквивалентного переменному току:

Определите входное сопротивление цепи, учитывая r i = 5 кОм

Применение уравнения .12.15 решаем уравнение, как указано ниже:

Z i = 3,3 МОм ॥ [5 кОм + (8000)390 Ом)] = 1,6 МОм.

Резистор 100K используется на стороне входного сигнала для уменьшения тока до нескольких миллиампер.

Обычно при таком низком токе в цоколе 2N3055 сам по себе никогда не сможет осветить нагрузку с большим током, такую ​​как 12-вольтовая 2-амперная лампа. Это связано с тем, что коэффициент усиления по току 2N3055 очень мал для преобразования низкого тока базы в высокий ток коллектора.

Однако, как только другой BJT, который здесь BC547, соединяется с 2N3055 в паре Дарлингтона, унифицированный коэффициент усиления по току подскакивает до очень высокого значения и позволяет лампе светиться с полной яркостью.

Средний коэффициент усиления по току (hFE) 2N3055 составляет около 40, а для BC547 — 400. Когда они объединены в пару Дарлингтона, коэффициент усиления резко возрастает до 40 x 400 = 16000, потрясающе, не правда ли. Это та мощность, которую мы можем получить от конфигурации транзистора Дарлингтона, и обычный транзистор может быть превращен в устройство с огромным номиналом всего лишь с помощью простой модификации.

Что такое Ft составного транзистора

JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.

Статус
Эта старая тема закрыта. Если вы хотите повторно открыть эту тему, свяжитесь с модератором, нажав кнопку «Пожаловаться».

Перейти к последнему

#1