Составной транзистор (схема Дарлингтона и Шиклаи)
Составной транзистор — электрическое соединение двух или более биполярных транзисторов, полевых транзисторов или IGBT-транзисторов, с целью улучшения их электрических характеристик. К этим схемам относят так называемую пару Дарлингтона, пару Шиклаи, каскодную схему включения транзисторов, схему так называемого токового зеркала и др.
Условное обозначение составного транзистора
Составной транзистор имеет три вывода (база, эмиттер и коллектор), которые эквивалентны выводам обычного одиночного транзистора. Коэффициент усиления по току типичного составного транзистора (иногда ошибочно называемого «супербета»), у мощных транзисторов ≈ 1000 и у маломощных транзисторов ≈ 50000. Это означает, что небольшого тока базы достаточно для того, чтобы составной транзистор открылся.
В отличие от биполярных, полевые транзисторы не используются в составном включении. Объединять полевые транзисторы нет необходимости, так как они и без того обладают чрезвычайно малым входным током.
Однако существуют схемы (например, биполярный транзистор с изолированным затвором), где совместно применяются полевые и биполярные транзисторы. В некотором смысле, такие схемы также можно считать составными транзисторами. Так же для составного транзистора достигнуть повышения значения коэффициента усиления можно, уменьшив толщину базы, но это представляет определенные технологические трудности.
Примером супербета (супер-β) транзисторов может служить серия КТ3102, КТ3107. Однако их также можно объединять по схеме Дарлингтона. При этом базовый ток смещения можно сделать равным всего лишь 50 пкА (примерами таких схем служат операционные усилители типа LM111 и LM316).
Фото типичного усилителя на составных транзисторах
Схема Дарлингтона
Один из видов такого транзистора изобрёл инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington).
Принципиальная схема составного транзистора
Составной транзистор является каскадным соединением нескольких 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.
Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка первого транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого при работе транзисторов в активном режиме приблизительно равен произведению коэффициентов усиления первого и второго транзисторов:
βс = β1 ∙ β2
Покажем, что составной транзистор действительно имеет коэффициент β, значительно больший, чем у его обоих компонентов. Задавая приращение dlб = dlб1, получаем:
dlэ1 = (1 + β1) ∙ dlб = dlб2
dlк = dlк1 + dlк2 = β1 ∙ dlб + β2 ∙ ((1 + β1) ∙ dlб)
Деля dlк на dlб, находим результирующий дифференциальный коэффициент передачи:
βΣ = β1 + β2 + β1 ∙ β2
Поскольку всегда β>1, можно считать:
βΣ = β1 ∙ β1
Следует подчеркнуть, что коэффициенты β1 и β1 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 Шиклаи
Паре Дарлингтона подобно соединение транзисторов по схеме Шиклаи, названное так в честь его изобретателя Джорджа Шиклаи, также иногда называемое комплементарным транзистором Дарлингтона. В отличие от схемы Дарлингтона, состоящей из двух транзисторов одного типа проводимости, схема Шиклаи содержит транзисторы разной полярности (p–n–p и n–p–n). Пара Шиклаи ведет себя как n–p–n-транзистор 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 рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением. Такая схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах при использовании выходных транзисторов одной полярности.
Каскад Шиклаи, подобный транзистору с n–p–n переходом
Каскодная схема
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 и большую неискаженную мощность в нагрузке, а также позволяет значительно уменьшить эффект Миллера (увеличение эквивалентной ёмкости инвертирующего усилительного элемента, обусловленное обратной связью с выхода на вход данного элемента при его выключении).
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:
а) Высокий коэффициент усиления по току.
б) Cхема Дарлингтона изготавливается в виде интегральных схем и при одинаковом токе рабочая поверхность кремния меньше, чем у биполярных транзисторов. Данные схемы представляют большой интерес при высоких напряжениях.
Недостатки:
а) Низкое быстродействие, особенно перехода из открытого состояния в закрытое. По этой причине составные транзисторы используются преимущественно в низкочастотных ключевых и усилительных схемах, на высоких частотах их параметры хуже, чем у одиночного транзистора.
б) Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер в схеме Дарлингтона почти в два раза больше, чем в обычном транзисторе, и составляет для кремниевых транзисторов около 1,2 — 1,4 В (не может быть меньше, чем удвоенное падение напряжения на p-n переходе).
в) 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 (не может быть меньше чем падение напряжения на 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 расчётом, чтобы ток коллектор-эмиттер транзистора VT1 в закрытом состоянии 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 счёт форсирования закрытия транзистора VT2. Обычно сопротивление R1 составляет сотни Ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько кОм в малосигнальном транзисторе Дарлингтона. Примером схемы с эмиттерным резистором служит мощный n-p-n — транзистор Дарлингтона типа кт825, его коэффициент усиления по току равен 10000 (типичное значение) для коллекторного тока, равного 10 А.
Составные транзисторы Дарлингтона против Шиклаи
Darlington и Sziklai составные транзисторы.
Какую пару выбрать для выходного кас- када УМЗЧ, выполненного на биполярных транзисторах?
Несмотря на то, что в последнее время всё большая часть выходных каскадов промышленных УМЗЧ выполняется на мощных полевых MOSFET-ах, усилители на биполярных транзисторах никуда не подевались, мало того — на них строится и некоторое количество звуковоспроизводящей аппаратуры класса Hi-End.
Именно такой Hi-End усилитель мощности NHB-108 фирмы DarTZeel мы подробно обсудили странице (ссылка на страницу).
Одним из важных преимуществ полевых транзисторов является почти полное отсутствие входного тока в цепи затвора, что в большинстве
случаев позволяет упростить схемотехнику и, как результат, конструкцию изделия. С другой стороны — значительные величины входных
ёмкостей и приличный разброс параметров мощных MOSFET-ов делают в некоторых случаях предпочтительным использование именно
биполярных приборов.
Наиболее часто используемое включение составных транзисторов в выходных каскадах усилителей — схема Дарлингтона (Рис. 1 а и б).
Составные транзисторы по схеме включения Шиклаи используются значительно реже — и зря. Почему?
Приведу наиболее, на мой взгляд, важные выдержки из этой статьи:
Пары Дарлингтона и Шиклая широко используются в линейных цепях, причём пары Дарлингтона являются наиболее распространёнными.
Читатели моих Аудио Страниц могут заметить, что я в своих разработках для выходных каскадов усилителя мощности почти всегда без исключения
использовал пары составных транзисторов по схеме включения Шиклая.
Давным-давно было установлено и продемонстрировано, что составная пара Шиклая обладает большей линейностью, чем пара Дарлингтона, и, хотя эта информация, по-видимому, игнорировалась большинством людей в течение очень долгого времени, она все ещё верна.
1. Линейность составных пар.
На Рис.2 показана пара простых повторителей напряжения, один из которых использует составную пару Шиклая, а другой — Дарлингтона.
Рис. 2 Повторители на парах Шиклая и Дарлингтона
Это довольно простые каскады, и трудно ожидать какой-либо существенной разницы между ними, учитывая то, что эти цепи охвачены
100%-ой отрицательной обратной связью.
Первое, что бросается в глаза, это то, что составная пара Шиклая имеет более высокое выходное напряжение (это 99,5% от входного напряжения) по сравнению с парой Дарлингтона, которая передаёт на выход только 98,7%. Правда, это вряд ли можно назвать большой разницей, но, тем не менее, это заметно.
Более интересным параметром являются — искажения, вносимые этими двумя конфигурациями, и это продемонстрировано ниже.
Рис.3 Графики нелинейных искажений повторителей на парах Шиклая и Дарлингтона
Совершенно очевидно, что составная пара Шиклая (чёрная кривая) имеет меньший уровень гармоник, расположенных выше минимального уровня
шума -120 дБ, и все они находятся на более низком уровне по отношению к Дарлингтону — на 20 дБ и более!
Как можно увидеть, пара Дарлингтона имеет и в 3 раза больший суммарный уровень искажений, чем составная пара Шиклая.
Хотя обе цифры превосходны и значительно ниже порога слышимости, но следует помнить, что каждая ступень системы вносит некоторые
искажения, поэтому для каждого каскада важно поддерживать как можно более высокий параметр линейности.
Как я отмечал во многих статьях — THD усилителя является важным показателем не только потому, что мы слышим низкие уровни искажений, но и потому, что он является хорошим индикатором общей линейности. А любая нелинейность вызывает рост интермодуляционных искажений (IMD), считающихся наиболее нежелательными в звуковом тракте.
Для таких конструкций, как двухтактные усилители мощности, термостабильность выходного каскада имеет первостепенное значение. Коэффициент усиления транзистора зависит от температуры, при увеличении температуры — увеличивается и коэффициент усиления. Эта температурная зависимость сохраняется вплоть до температур, которые могут вызвать пробой полупроводника. Кроме того, с ростом температуры уменьшается напряжение база-эмиттер транзистора (примерно на 2 мВ/°C), поэтому определённые средства стабилизации тока смещения являются обязательными.
В составной паре Sziklai влияние температурной зависимости выходного транзистора Q2 значительно меньше, чем влияние драйвера Q1.
Как итог — общая температурная зависимость составной пары Шиклая значительно ниже, чем у пары Дарлингтона, выходной ток которого
зависит от напряжений база-эмиттер двух каскадно соединённых транзисторов, в результате чего эффект удваивается.
Это усугубляется тем фактом, что большинство усилителей, использующих выходной каскад Дарлингтона, имеют драйвер и силовой
транзистор в одном корпусе, а потому оказываются установленными в одной точке радиатора.
Соберём схемы для проверки температурной зависимости транзисторных пар Шиклая и Дарлингтона
Рис.4 Схемы для проверки температурной зависимости составных транзисторов
и проверим сказанное выше.
| Температура транзистора | Sziklai пара | Darlington пара | |||||||||||||
| Q1, Q3 (Driver) | Q2, Q4 (Output) | Выходной ток | Выходной ток | ||||||||||||
25 °C| 25 °C | 41 mA | 41 mA
| 75 °C | 25 °C | 123 mA | 96 mA
| 25 °C | 75 °C | 44 mA | 87 mA
| 75 °C | 75 °C | 126 mA | 148 mA | |
В таблице приведены температурные зависимости двух цепей, изображённых на Рис.
Поскольку гораздо проще поддерживать постоянную температуру на драйверных транзисторах, очевидно, что будет и гораздо проще поддерживать стабильный выходной ток в составной паре Шиклаи, по сравнению с цепью, использующей пару Дарлингтона.
Это было доказано на практике. Ни один из моих проектов не имеет проблем с термостабильностью, и все биполярные конструкции используют выходной каскад, выполненный на составной паре Шиклаи.
2. Двухтактные выходные каскады.
Три типовые схемы выходных каскадов усилителей мощности показаны на Рис.5. Очевидно, что есть и другие, но они обычно базируются на той или иной комбинации из представленных на рисунке.
Рис.5 Три основные схемы выходных каскадов усилителей мощности
Самой старой из представленных схем является первая схема (A) — каскад квазикомплементарной симметрии.
Эта схема являлась основной до того момента, как появились комплементарные пары транзисторов разной проводимости.
А как только начался выпуск комплементарных транзисторов, основное распространение получила полностью симметричная конфигурация (B)
с использованием пар Дарлингтона. В течение многих лет и до сих пор — этот тип выходного каскада остаётся самым распространённым.
Все каскады, выполненные в соответствии со схемами, показанными на Рис.5, имеют менее 1% THD при нагрузке 8 Ом (Шиклаи — 0,05%, Дарлингтон — 0,23%, квазикомплементарный — 0,65%).
По причинам, которые я всегда находил неясными и несколько загадочными, я обнаружил, что каждый усилитель, который я
проектировал с использованием конфигурации Шиклаи, имел паразитные колебания на отрицательной полуволне.
Добавление конденсатора небольшой ёмкости (обычно 220 пФ), установленного, как показано на схеме, было необходимо каждый раз и
полностью устраняло эту проблему.
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒ В интегральных схемах и дискретной электронике большое распространение получили два вида составных транзисторов: по схеме Дарлингтона и Шиклаи. В микромощных схемах, например, входные каскады операционных усилителей, составные транзисторы обеспечивают большое входное сопротивление и малые входные токи. В устройствах, работающих с большими токами (например, для стабилизаторов напряжения или выходных каскадов усилителей мощности) для повышения КПД необходимо обеспечить высокий коэффициент усиления по току мощных транзисторов. Схема Шиклаи реализует мощный p-n-p транзистор с большим коэффициентом усиления с помощью маломощного p-n-p транзистора с малым В и мощного n-p-n транзистора (рисунок 7.
Рисунок 7.51 — Составной p-n-p транзистор Рисунок 7.52 — Составной n-p-n по схеме Шиклаи транзистор по схеме Дарлингтона
Схема Шиклаи или комплементарный транзистор Дарлингтона ведет себя, как транзистор p-n-p типа (рисунок 7.51) с большим коэффициентом усиления по току, . Входное напряжение идентично одиночному транзистору. Напряжение насыщения выше, чем у одиночного транзистора на величину падения напряжения на эмиттерном переходе n-p-n транзистора. Транзистор Дарлингтона реализуется на однополярных транзисторах (рисунок 7.52). Коэффициент усиления по току определяется произведением коэффициентов составляющих транзисторов. . Входное напряжение транзистора по схеме Дарлингтона в два раза больше, чем у одиночного транзистора. Напряжение насыщения превышает выходного транзистора. Входное сопротивление операционного усилителя при , . Схема Дарлингтона используется в дискретных монолитных импульсных транзисторах. На одном кристалле формируются два транзистора, два шунтирующих резистора и защитный диод (рисунок 7.53). Резисторы R1 и R2 подавляют коэффициент усиления в режиме малых токов, (рисунок 7. .
Рисунок 7.53 — Электрическая схема монолитного импульсного транзистора Дарлингтона
Резистор R2 (порядка 100 Ом) формируется в виде технологического шунта, подобно шунтам катодного перехода тиристоров. С этой целью при формировании — эмиттера с помощью фотолитографии в определенных локальных областях оставляют окисную маску в виде круга. Эти локальные маски не позволяют диффундировать донорной примеси, и под ними остаются p-столбики (рисунок 7.54). После металлизации по всей площади эмиттера эти столбики представляют собой распределенное сопротивление R2 и защитный диод D (рисунок 7.53). Защитный диод предохраняет от пробоя эмиттерные переходы при переполюсовке коллекторного напряжения. . Падение коэффициента усиления на БУИ более резкое, чем у одиночного транзистора. Поэтому применение этих транзисторов в схемах аналогового усиления весьма ограничено.
Рисунок 7.55 — Электрическая схема (а) и структура (б) аналогового ключа К разновидностям биполярных транзисторов относятся также двунаправленный аналоговый ключ из двух инверсно включенных последовательных транзисторов (рисунок 7.55). Транзисторы Т1 и Т2 имеют идентичные параметры и одинаковое паразитное сопротивление тела коллектора. , где – ток сигнала; – омические сопротивления эмиттеров; – омические сопротивления тела коллектора. У идентичных транзисторов разность составляет единицы мкВ, поэтому эти ключи используются в усилителях постоянного тока типа МДМ (модуляция-демодуляция), а также в амплитудных и балансных модуляторах.
⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒ ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов. |
51). В интегральных схемах это включение реализует высокобетный p-n-p транзистор на основе горизонтальных p-n-p транзистора и вертикального n-p-n транзистора. Также эта схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах, когда используются выходные транзисторы одной полярности (n-p-n).
Для кремниевых транзисторов это напряжение составляет порядка одного вольта в отличие от долей вольта одиночного транзистора. Между базой и эмиттером n-p-n транзистора (VT2) рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением для подавления неуправляемого тока и повышения термоустойчивости.
38), что обеспечивает малое значение неуправляемого тока и повышение рабочего напряжения закрытого транзистора,
Входная мощность потребления транзистора по схеме Дарлингтона на полтора два порядка ниже, чем у одиночного транзистора. Максимальная частота переключений зависит от предельного напряжения и тока коллектора. Транзисторы на токи успешно работают в импульсных преобразователях до частот порядка 100 кГц. Отличительной особенностью монолитного транзистора Дарлингтона является квадратичная передаточная характеристика, так как В-амперная характеристика линейно возрастает с ростом тока коллектора до максимального значения,
Результирующее напряжение насыщения между эмиттерами транзистора,Транзисторная составная пара | Журнал Nuts & Volts
» Перейти к дополнительным материалам
Составная пара состоит из двух транзисторов с противоположной полярностью (NPN, PNP), соединенных вместе для обеспечения максимального возможного усиления по току и мощности. Устройство отличается от пары Дарлингтона, поэтому, например, становятся возможными схемы с положительной обратной связью.
Вы можете построить широкий спектр проектов, используя эту простую комбинацию, от усилителей звука до датчиков света и генераторов импульсов, часто имеющих преимущество в малом количестве компонентов. Составная пара выдвигает на первый план многие интересные технические аспекты поведения транзистора, особенно потому, что первый транзистор работает в режиме с общим эмиттером при очень малом токе.
Основы
Основной мотив показан на Рисунок 1 .
Рис. 1. Составная пара транзисторов NPN, PNP. Небольшой ток, протекающий через переход база-эмиттер Q1, становится большим током, протекающим через сопротивление нагрузки R1.
Q1 имеет схему с общим эмиттером. Небольшой ток, протекающий через переход базы-эмиттера Q1, вызывает протекание большего тока через его коллектор, который затем течет через переход база-эмиттер Q2 (также в режиме с общим эмиттером). Это приводит к еще большему усилению тока.
Результат: два раунда усиления тока; во-первых, по hFE (текущему усилению) Q1, а во-вторых, по hFE Q2.
Для типичных значений hFE около 300 общий коэффициент усиления по току весьма впечатляет — 90 000 (300*300).
Вы также можете поменять полярность транзисторов, как в Рисунок 2 .
Рис. 2. Пара соединений PNP, NPN. Подключение резистора большого номинала от In к земле приведет к протеканию большого тока через нагрузочный резистор R1.
Это может быть полезно при использовании мощных транзисторов NPN из бракованных компактных люминесцентных ламп, которые сами по себе имеют слишком низкий hFE, чтобы быть полезными.
Составная пара чаще всего применяется в качестве замены пары Дарлингтона.
В этом режиме ее часто называют парой Шиклаи, и она показана на Рис. 3 .
Рисунок 3. Пара Шиклаи. Напряжение на входе копируется на выход минус примерно 0,7 вольта. Ток, требуемый при In, крошечный; ток, доступный на выходе, намного больше.
Обычно используется в усилителях высокой мощности класса B.
У него меньшее падение напряжения (0,7 вольта), чем у пары Дарлингтона (1,4 вольта).
Коэффициент усиления по току
В качестве примера значительного увеличения тока составной пары можно рассмотреть использование светодиода в качестве фотоэлемента. Поскольку площадь полупроводникового перехода очень мала, ток, генерируемый при свечении светодиода, ничтожно мал. На самом деле, он настолько мал, что его трудно прочитать обычным мультиметром. Можно подумать, что эффекта не существует.
Используя схему Рисунок 4 , вы можете увидеть, что некоторый ток действительно вырабатывается.
Рис. 4. Светодиод как фотоэлемент. Загорание светодиода 1 вызывает свечение светодиода 2.
Коэффициент усиления по напряжению и смещение
Преобразуется ли высокий коэффициент усиления по току, обеспечиваемый составной парой, в высокий коэффициент усиления сигнала по напряжению? Есть небольшая проблема из-за очень высокого входного сопротивления первого транзистора, что следует из того факта, что он работает при очень малом токе.
Высокий входной импеданс означает, что вы должны сильно изменять входное напряжение, чтобы входной ток немного менялся. В схеме предусилителя звука в (рис. 5 ) добавлен R5 для увеличения тока, протекающего через Q1.
Рис. 5. Предварительный усилитель звука с высоким усилением напряжения сигнала.
Это увеличивает усиление со 100, если R5 был опущен, до более респектабельных 700 или около того.
Чтобы сместить цепь, необходимо использовать поведение повторителя напряжения. Диоды D1 и D2, включенные последовательно, подают 1,4 В на базу Q1. В результате на эмиттере транзистора Q1 появляется напряжение 0,7 вольта.
Однако большая часть тока, вызывающего появление 0,7 В на резисторе R1, на самом деле обеспечивается Q2 через R4. Тогда напряжение на R4 составляет 4,7 * 0,7 = 3,29 вольта, что правильно смещает цепь.
C1 предотвращает резкое снижение усиления схемы отрицательной обратной связью.
Он фильтрует аудиосигналы на землю. R6 необходим для предотвращения быстрой зарядки C1 при включении через Q1 и переход база-эмиттер Q2. В противном случае высокий зарядный ток может повредить два транзистора.
Другим способом смещения составной пары является использование токового зеркала, как в Рисунок 6 .
Рис. 6. Настроенный радиочастотный (TRF) приемник. Вы можете использовать антенну с ферритовым стержнем для L1.
При постоянном токе индуктор L1 в основном является прямым соединением, что означает, что Q1 и Q2 образуют токовое зеркало. Напряжение на R1 примерно 6 — 0,6 = 5,4 вольта. Тогда ток составляет 540 нА.
Если Q1 и Q2 согласованы, то ток на коллекторе Q2 также равен 540 нА. Затем этот ток умножается на hFE Q3, который может быть около 300. Это даст ток 0,16 мА на коллекторе Q3.
Конечно, при использовании такой схемы смещение не является точным, и может потребоваться некоторая регулировка резистора R1.
Высокий входной импеданс Q2 позволяет избежать демпфирования настроенного резонансного контура L1 и C2, обеспечивая такую избирательность, которую обеспечивает добротность настроенного контура. Обнаружение AM осуществляется по нелинейному поведению транзистора Q2 по отношению к сигналам напряжения.
Ток на коллекторе транзистора Q2 настолько мал, что частотная характеристика ограничивается паразитной емкостью, а радиочастотная составляющая эффективно отфильтровывается, оставляя транзистор Q3 усиливать оставшуюся звуковую составляющую.
Положительная обратная связь
Поскольку выход составной пары увеличивается при увеличении входа, существует возможность использования положительной обратной связи. Простейшим примером является триггер Шмитта, показанный на рис. 7 .
Рис. 7. Триггер Шмитта с широким допуском входного напряжения.
Когда напряжение на In превышает пороговое значение около 0,6 вольт, Q1 начинает проводить; Q2 тем более.
Напряжение на R2 увеличивается и является обратной связью на вход через R3. Это заставляет Q1 проводить еще сильнее, что приводит к щелчку.
Чтобы обратить процесс вспять, необходимо уменьшить напряжение на входе In примерно на 0,2 вольта, что приведет к отключению системы. Схема устойчива к большим колебаниям входного напряжения, потому что сопротивление R1 довольно велико. D1 предотвращает пробой обратного перехода база-эмиттер Q1, когда входное напряжение очень отрицательное.
Другим применением положительной обратной связи является создание генератора импульсов, как показано на рис. 8 .
Рис. 8. Схема генератора импульсов.
R2 медленно заряжает C1 до тех пор, пока Q1 не начнет проводить. Q2 защелкивается и пропускает ток через C1 и R3 в базу Q1. Когда C1 полностью заряжен, на коллекторе Q2 наблюдается достаточное падение напряжения, чтобы запустить систему в обратном направлении. Q1 и Q2 отщелкиваются.
Нагрузочный резистор R4 должен быть относительно низким, чтобы система работала. Выход идеально подходит для управления полевым МОП-транзистором, если вам нужны еще более мощные импульсы тока.
В примере через резистор R5 проходят импульсы силой 12 ампер. МОП-транзистор M1 может быть любого подходящего типа, способного выдерживать большие токи. R1, R3 и D1 присутствуют для предотвращения повреждения транзисторов от избыточных токов и обратных напряжений.
При более низких напряжениях и при питании схемы от цинк-угольных аккумуляторов с высоким внутренним сопротивлением их можно не использовать. C1 действительно должен быть керамическим или пленочным конденсатором.
Схема может быть адаптирована различными способами для создания генераторов высокого напряжения, преобразователей постоянного тока, драйверов светодиодов, а также в качестве генератора сигналов с высоким содержанием гармоник для тестирования аудио- и радиосхем.
Я надеюсь, что вы нашли эту статью полезной и поэкспериментировали самостоятельно.
НВ
Пара Шиклаи
https://www.electronics-notes.com/articles/analogue_circuits/transistor/sziklai-compound-complementary-pair.php
Генерация импульсов и регулирование напряжения
https://romanblack .com/smps/smps.htm
Крошечный составной полупроводниковый транзистор может бросить вызов доминированию кремния | Новости Массачусетского технологического института
Корона кремния находится под угрозой: дни полупроводников как короля микрочипов для компьютеров и интеллектуальных устройств могут быть сочтены благодаря разработке самого маленького транзистора, когда-либо созданного из конкурирующего материала, арсенида индия-галлия.
Составной транзистор, созданный командой лаборатории микросистемных технологий Массачусетского технологического института, работает хорошо, несмотря на то, что его длина составляет всего 22 нанометра (миллиардные доли метра).
Это делает его многообещающим кандидатом на замену кремния в вычислительных устройствах, говорит один из разработчиков Хесус дель Аламо, профессор Доннера на факультете электротехники и компьютерных наук (EECS) Массачусетского технологического института, который создал транзистор вместе с аспирантом EECS Цзяньцяном Линем. и Димитри Антониадис, профессор электротехники Рэя и Марии Стата.
Чтобы не отставать от нашего спроса на все более быстрые и интеллектуальные вычислительные устройства, размеры транзисторов постоянно уменьшаются, что позволяет втиснуть все большее их количество в микрочипы. «Чем больше транзисторов вы сможете разместить на чипе, тем мощнее будет чип и тем больше функций он будет выполнять», — говорит дель Аламо.
Но по мере того, как кремниевые транзисторы уменьшаются до нанометрового масштаба, количество тока, которое могут производить устройства, также уменьшается, что ограничивает их скорость работы. Это привело к опасениям, что Закон Мура — предсказание основателя Intel Гордона Мура о том, что количество транзисторов в микрочипах будет удваиваться каждые два года — может вот-вот перестать действовать, говорит дель Аламо.
Чтобы сохранить закон Мура, исследователи в течение некоторого времени изучают альтернативы кремнию, которые потенциально могут производить больший ток даже при работе в таких меньших масштабах. По словам дель Аламо, одним из таких материалов является арсенид индия-галлия, который уже используется в волоконно-оптической связи и радиолокационных технологиях и, как известно, обладает чрезвычайно хорошими электрическими свойствами. Но, несмотря на недавние успехи в обработке материала, позволяющие превращать его в транзистор подобно кремнию, никому еще не удавалось производить устройства, достаточно маленькие, чтобы их можно было упаковать во все большем количестве в микрочипы завтрашнего дня.
Теперь дель Аламо, Антониадис и Лин продемонстрировали, что с использованием этого материала можно построить металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) нанометрового размера — тип, наиболее часто используемый в логических приложениях, таких как микропроцессоры. «Мы показали, что можно создавать очень маленькие полевые МОП-транзисторы на основе арсенида индия и галлия с превосходными логическими характеристиками, что обещает вывести закон Мура за пределы досягаемости кремния», — говорит дель Аламо.
Транзисторы состоят из трех электродов: затвор, исток и сток, причем затвор управляет потоком электронов между двумя другими. Поскольку пространство в этих крошечных транзисторах очень мало, три электрода должны быть расположены очень близко друг к другу, а это уровень точности, которого невозможно достичь даже с помощью сложных инструментов. Вместо этого команда позволяет воротам «самовыравниваться» между двумя другими электродами.
Сначала исследователи выращивают тонкий слой материала с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии — процесса, широко используемого в полупроводниковой промышленности, при котором испаренные атомы индия, галлия и мышьяка реагируют друг с другом в вакууме, образуя монокристаллическое соединение. Затем команда наносит слой молибдена в качестве контактного металла источника и стока. Затем они «рисуют» чрезвычайно тонкий рисунок на этой подложке, используя сфокусированный пучок электронов — еще один хорошо зарекомендовавший себя метод изготовления, известный как электронно-лучевая литография.
Затем ненужные участки материала вытравливаются, а на крошечный зазор наносится затворный оксид. Наконец, испаренный молибден обжигают на поверхности, где он образует ворота, плотно зажатые между двумя другими электродами, говорит дель Аламо. «Благодаря сочетанию травления и осаждения мы можем расположить затвор [между электродами] с крошечными зазорами вокруг него», — говорит он.
Хотя многие методы, примененные командой, уже используются в производстве кремния, они лишь изредка используются для изготовления составных полупроводниковых транзисторов. Отчасти это связано с тем, что в таких приложениях, как оптоволоконная связь, пространство не так важно. «Но когда вы говорите об интеграции миллиардов крошечных транзисторов в чип, нам нужно полностью переформулировать технологию изготовления составных полупроводниковых транзисторов, чтобы они больше походили на кремниевые транзисторы», — говорит дель Аламо.
На этой неделе группа представляет свою работу на Международной конференции по электронным устройствам в Сан-Франциско.
Их следующим шагом будет работа над дальнейшим улучшением электрических характеристик — и, следовательно, скорости — транзистора путем устранения нежелательного сопротивления внутри устройства. Как только они достигнут этого, они попытаются еще больше уменьшить размер устройства с конечной целью уменьшить размер своего транзистора до менее 10 нанометров в длине затвора.
Матиас Пасслак из тайваньского производителя полупроводников TSMC говорит, что работа дель Аламо стала важной вехой в исследованиях полупроводников. «Он и его команда экспериментально доказали, что каналы из арсенида индия превосходят кремниевые при малых размерах устройства», — говорит он. «Эта новаторская работа стимулировала и облегчила развитие исследований и разработок в области КМОП-совместимых технологий на основе III-V во всем мире».
Исследование финансировалось DARPA и Корпорацией исследований полупроводников.
Соединение / Дополнение » Примечания по электронике
Пара Шиклаи, соединение или составная/комплементарная пара, представляет собой двухтранзисторную схему, дополняющую пару Дарлингтона и обеспечивающую аналогичный коэффициент усиления бета-излучения.
Пара Дарлингтона Учебное пособие Включает:
Пара Дарлингтона
Схемы Дарлингтона
Дарлингтон дизайн
Пара Шиклаи
Выходная пара Дарлингтон/Шиклаи
См. также: Схема транзистора Типы транзисторных схем
Хотя схема Дарлингтона широко используется, менее известная пара Шиклаи обеспечивает очень полезную конфигурацию схемы, которая также используется, часто в сочетании с схемой Дарлингтона.
Пара Шиклаи использует конфигурацию схемы, очень похожую на схему Дарлингтона, и во многих случаях пара Шиклаи может предложить ряд полезных преимуществ во многих случаях.
Хотя термин «пара Шиклаи» является наиболее распространенным термином для схемы, она также может быть известна как составная пара Шиклаи или комплементарная пара — иногда ее также называют «соединением Шиклаи».
Джордж Шиклай
Пара Шиклаи названа в честь венгра Джорджа Клиффорда Шиклаи. Он родился 9 июля 1909 года в Будапеште.
Он получил образование в Будапештском университете, а затем в Техническом университете Мюнхена.
В 1930 году он эмигрировал в США, где работал в ряде компаний, включая Radio Corporation of America и Westinghouse Electric Corporation, а затем в 19В 67 году он поселился в исследовательской лаборатории Локхид в Пало-Альто.
Шиклаю принадлежит около 160 патентов, в том числе несколько для цветного телевидения, а также ему приписывают создание первой телевизионной камеры Image Orthicon. Он также изобрел конфигурацию схемы транзистора, которая носит его имя: пара Шиклаи.
Шиклаи умер 9 сентября 1998 года в Пало-Альто, Калифорния, США.
Базовая схема пары Шиклаи
Парная схема Шиклаи использует топологию, очень похожую на схему Дарлингтона, и обеспечивает аналогичную конфигурацию усиления бета-излучения для обеспечения очень высокого уровня усиления.
Как и Дарлингтон, пара Шиклаи использует два транзистора, при этом коллектор первого транзистора соединен непосредственно с базой второго.
Два транзистора в паре относятся к разным типам, один PNP, а другой NPN.
Если входной транзистор — NPN, а второй — PNP, то общая конфигурация для внешнего мира будет выглядеть как NPN-транзистор.
Конфигурация пары Шиклаи (NPN)
Также возможно иметь пару Шиклаи или составную пару в версии PNP:
Конфигурация пары Шиклаи (PNP)
Как и в случае с Дарлингтоном, целесообразно включить обходной резистор.
Конфигурация Sziklai Pair с обходным резистором
Шунтирующий резистор включен для облегчения процесса отключения. Без установленного резистора нет пути разряда емкости базового эмиттера. В том числе это позволяет заряду, хранящемуся в этом конденсаторе, рассеиваться, и это способствует более быстрому выключению.
Включение этого резистора является хорошей конструкцией, но если скорость не является проблемой, резистор можно не использовать, но если стоимость и количество компонентов не сведены к минимуму, целесообразно включить его.
Определение номинала резистора не является точной наукой. Меньшие резисторы дадут более быстрое выключение, но если они сделаны слишком маленькими, то большая часть управляющего тока для второго транзистора проходит через резистор, и коэффициент усиления теряется. Если номинал резистора низкий и он потребляет ток от базы второго транзистора, то коэффициент усиления по току будет уменьшен, и уравнение для общего коэффициента усиления пары Шликаи должно будет учитывать это.
Типичные значения могут составлять несколько сотен Ом для силовой цепи и несколько тысяч Ом для маломощного транзистора.
Усиление пары Шиклаи
Хотя коэффициент усиления пары Шиклаи или составной пары почти такой же, как коэффициент Дарлингтона, он не совсем такой же. Прибыль Дарлингтона определяется по формуле ниже:
β=βQ1 βQ2 +βQ1+ βQ2
Усиление пары Шиклаи немного отличается, так как нет индивидуального вклада от Q2, как показано ниже.
β=βQ1 βQ2 +βQ1
Ввиду того, что членами βQi и βQ2 сами по себе можно пренебречь, мы получаем более знакомое уравнение, которое можно использовать как для пар Дарлингтона, так и для пар Шиклаи.
β=βQ1 βQ2
Пара Шиклаи имеет
Хотя пара Дарлингтона используется во многих приложениях, пара Шиклаи имеет ряд преимуществ и может быть успешно использована в ряде приложений. Некоторые из его особенностей включают в себя:
- Только одно соединение базы-эмиттера между общей базой и эмиттером составного транзистора.
- Коэффициент усиления немного ниже, чем у Darlington .
- Более высокое напряжение насыщения, чем у Дарлингтона.
- Может использоваться в псевдокомплементарном выходе с датчиком Дарлингтона — настоящая комплементарная пара будет использовать обе схемы одинаковой конфигурации. Это конфигурация, в которой используются три NPN-транзистора и один PNP-транзистор. Он предлагает ряд преимуществ, в том числе:
- Производительность нижней «вытягивающей» пары, в которой используется один NPN-транзистор, более точно соответствует производительности верхней проталкивающей пары, состоящей из двух NPN-транзисторов (PNP-транзисторы имеют более низкую подвижность носителя).
Настоящая дополнительная пара будет использовать все NPN для нижней пары и все PNP для верхней пары. - Ранее кремниевые PNP-транзисторы были более дорогими, чем их NPN-эквиваленты, из-за методов обработки, а также из-за большого объема, особенно для версий силовых транзисторов.
- Производительность нижней «вытягивающей» пары, в которой используется один NPN-транзистор, более точно соответствует производительности верхней проталкивающей пары, состоящей из двух NPN-транзисторов (PNP-транзисторы имеют более низкую подвижность носителя).
- Известно, что пара Шиклаи обеспечивает лучший уровень линейности, чем пара Дарлингтона, что может быть выгодно, особенно в аудиоприложениях.
Настоящая дополнительная пара будет использовать все NPN для нижней пары и все PNP для верхней пары. Составная пара Шиклаи находит применение во многих областях электроники. Возможно, наиболее распространенными областями являются выходные аудиокаскады, где он может использоваться как одна половина двухтактного усилителя, а другая половина — Дарлингтон. Таким образом, пара Шиклаи позволяет выходу работать в режиме дополнительной симметрии.
