Działanie i urządzenie złożonego tranzystora Darlingtona. Budowa tranzystora kompozytowego i oznaczenie na schematach
Projektując obwody urządzeń radioelektronicznych często pożądane jest posiadanie tranzystorów o parametrach lepszych niż modele oferowane przez producentów elementów radioelektronicznych (lub lepszych niż jest to możliwe przy dostępnej technologii wytwarzania tranzystorów). Taka sytuacja najczęściej ma miejsce podczas projektowania układy scalone. Zwykle wymagamy większego wzmocnienia prądowego H 21, wyższa wartość impedancja wejściowa H 11 lub mniej wartości przewodności wyjściowej H 22 .
Parametry tranzystora można poprawić różne schematy tranzystory kompozytowe. Istnieje wiele możliwości wykonania tranzystora kompozytowego z tranzystorów polowych lub bipolarnych o różnej przewodności, przy jednoczesnej poprawie jego parametrów. Najbardziej rozpowszechniony jest schemat Darlingtona. W najprostszym przypadku jest to połączenie dwóch tranzystorów o tej samej polaryzacji. Przykład obwodu Darlingtona wykorzystującego tranzystory npn pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1 Obwód Darlingtona wykorzystujący tranzystory NPN
Powyższy obwód jest odpowiednikiem pojedynczego tranzystora NPN. W tym obwodzie prąd emitera tranzystora VT1 jest prądem bazowym tranzystora VT2. Prąd kolektora tranzystora kompozytowego zależy głównie od prądu tranzystora VT2. Główną zaletą obwodu Darlingtona jest duże wzmocnienie prądowe H 21, który można w przybliżeniu zdefiniować jako produkt H W obwodzie 21 tranzystorów:
(1)Należy jednak pamiętać, że współczynnik H 21 zależy dość silnie od prądu kolektora. Dlatego przy niskich wartościach prądu kolektora tranzystora VT1 jego wartość może znacznie spaść. Przykład zależności H 21 z prądu kolektora dla różnych tranzystorów pokazano na rysunku 2
Rysunek 2 Zależność wzmocnienia tranzystora od prądu kolektora
Jak widać z tych wykresów, współczynnik H 21e praktycznie się nie zmienia tylko dla dwóch tranzystorów: krajowego KT361V i zagranicznego BC846A. W przypadku innych tranzystorów wzmocnienie prądowe zależy w dużym stopniu od prądu kolektora.
W przypadku, gdy prąd bazy tranzystora VT2 jest wystarczająco mały, prąd kolektora tranzystora VT1 może być niewystarczający do zapewnienia wymaganej wartości wzmocnienia prądowego H 21. W tym przypadku zwiększenie współczynnika H 21 i odpowiednio zmniejszenie prądu bazowego tranzystora kompozytowego można osiągnąć poprzez zwiększenie prądu kolektora tranzystora VT1. Aby to zrobić, między bazą a emiterem tranzystora VT2 podłącza się dodatkowy rezystor, jak pokazano na rysunku 3.
Rysunek 3 Kompozytowy tranzystor Darlingtona z dodatkowym rezystorem w obwodzie emitera pierwszego tranzystora
Na przykład zdefiniujmy elementy obwodu Darlingtona zmontowanego na tranzystorach BC846A. Niech prąd tranzystora VT2 będzie równy 1 mA. Wtedy jego prąd bazowy będzie równy:
(2)
Przy tym prądzie, bieżące wzmocnienie H 21 gwałtownie spada, a całkowite wzmocnienie prądu może być znacznie mniejsze niż obliczone. Zwiększając prąd kolektora tranzystora VT1 za pomocą rezystora, można znacznie zwiększyć wartość całkowitego wzmocnienia H 21. Ponieważ napięcie na bazie tranzystora jest stałe (dla tranzystora krzemowego ty be = 0,7 V), wówczas obliczamy zgodnie z prawem Ohma:
(3)W tym przypadku możemy spodziewać się wzmocnienia prądu do 40 000. Tyle produkuje się krajowych i zagranicznych tranzystorów Superbetta, takich jak KT972, KT973 lub KT825, TIP41C, TIP42C. Obwód Darlingtona jest szeroko stosowany na przykład w stopniach wyjściowych wzmacniaczy niskiej częstotliwości (), wzmacniaczy operacyjnych, a nawet cyfrowych.
Należy zauważyć, że obwód Darlingtona ma wadę polegającą na podwyższonym napięciu U ke. Jeśli w zwykłych tranzystorach U ke wynosi 0,2 V, wówczas w tranzystorze kompozytowym napięcie to wzrasta do 0,9 V. Wynika to z konieczności otwarcia tranzystora VT1 i w tym celu do jego podstawy należy przyłożyć napięcie 0,7 V (jeśli rozważamy tranzystory krzemowe) .
Aby wyeliminować tę wadę, opracowano złożony obwód tranzystorowy wykorzystujący tranzystory komplementarne. W rosyjskim Internecie nazywano to schematem Siklai. Nazwa ta pochodzi z książki Tietze i Schenka, chociaż schemat ten miał wcześniej inną nazwę. Na przykład w literaturze radzieckiej nazywano to parą paradoksalną. W książce W.E. Heleina i W.H. Holmesa tranzystor złożony oparty na tranzystorach komplementarnych nazywany jest obwodem White'a, dlatego będziemy go po prostu nazywać tranzystorem złożonym. Obwód kompozytowego tranzystora pnp wykorzystującego tranzystory komplementarne pokazano na rysunku 4.
Rysunek 4 Kompozytowy tranzystor pnp oparty na tranzystorach komplementarnych
Tranzystor NPN jest zbudowany dokładnie w ten sam sposób. Obwód kompozytowego tranzystora npn wykorzystującego tranzystory komplementarne pokazano na rysunku 5.
Rysunek 5 Kompozytowy tranzystor npn oparty na tranzystorach komplementarnych
W spisie literatury pierwsze miejsce zajmuje książka wydana w 1974 r., ale są też KSIĄŻKI i inne publikacje. Istnieją podstawy, które nigdy się nie starzeją długo i ogromna liczba autorów, którzy po prostu powtarzają te podstawy. Musisz umieć mówić jasno! W trakcie mojej kariery zawodowej natknąłem się na mniej niż dziesięć KSIĄŻEK. Zawsze polecam naukę projektowania obwodów analogowych z tej książki.
Data ostatniej aktualizacji pliku: 18.06.2018
Literatura:
Wraz z artykułem „Tranzystor kompozytowy (obwód Darlingtona)” przeczytaj:
http://site/Sxemoteh/ShVklTrz/kaskod/
http://site/Sxemoteh/ShVklTrz/OE/
Na ryc. Rysunek 2.16 przedstawia schemat elementu logicznego z kanałem indukowanym typu n (tzw. technologia n MIS). Główne tranzystory VT 1 i VT 2 są połączone szeregowo, tranzystor VT 3 działa jako obciążenie. W przypadku przyłożenia wysokiego napięcia U 1 na oba wejścia elementu (x 1 = 1, x 2 = 1), oba tranzystory VT 1 i VT 2 są otwarte, a na wyjściu ustawione jest niskie napięcie U 0. We wszystkich innych przypadkach co najmniej jeden z tranzystorów VT 1 lub VT 2 jest zamknięty, a napięcie U 1 jest ustawione na wyjściu. Tym samym element pełni funkcję logiczną AND-NOT.
Na ryc. Rysunek 2.17 przedstawia diagram elementu OR-NOT. Na jego wyjściu ustawiane jest niskie napięcie U 0, jeśli co najmniej jedno z wejść ma wysokie napięcie U 1 , otwierając jeden z głównych tranzystorów VT 1 i VT 2 .
Pokazane na ryc. Schemat 2.18 jest schematem elementu NOR-NOT technologii KMDP. W nim tranzystory VT 1 i VT 2 są głównymi, tranzystory VT 3 i VT 4 są tranzystorami obciążeniowymi. Niech wysokie napięcie U 1. W tym przypadku tranzystor VT 2 jest otwarty, tranzystor VT 4 jest zamknięty i niezależnie od poziomu napięcia na drugim wejściu i stanu pozostałych tranzystorów, na wyjściu ustawiane jest niskie napięcie U 0. Element realizuje logiczną operację OR-NOT.
Obwód CMPD charakteryzuje się bardzo niskim poborem prądu (a tym samym mocy) z zasilaczy.
Elementy logiczne integralnej logiki wtrysku
Na ryc. Rysunek 2.19 przedstawia topologię elementu logicznego logiki wtrysku całkującego (I 2 L). Do wytworzenia takiej struktury wymagane są dwie fazy dyfuzji w krzemie o przewodności typu n: w pierwszej fazie powstają obszary p 1 i p 2, a w drugiej fazie powstają obszary n 2.
Element ma strukturę p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Wygodnie jest rozważyć taką czterowarstwową strukturę, wyobrażając sobie ją jako połączenie dwóch konwencjonalnych trójwarstwowych struktur tranzystorowych:
P 1 -N 1 -P 2 N 1 -P 2 -N 1
Schemat odpowiadający tej reprezentacji pokazano na ryc. 2.20, a. Rozważmy działanie elementu zgodnie z tym schematem.
Tranzystor VT 2 o strukturze typu n 1 -p 2 -n 1 pełni funkcje falownika z kilkoma wyjściami (każdy kolektor tworzy osobne wyjście elementu zgodnie z obwodem otwartego kolektora).
Tranzystor VT 2, tzw wtryskiwacz, ma strukturę taką jak p 1 -n 1 -p 2 .
Ponieważ obszar n 1 tych tranzystorów jest wspólny, emiter tranzystora VT 2 musi być podłączony do bazy tranzystora VT 1; obecność wspólnego obszaru p 2 prowadzi do konieczności połączenia podstawy tranzystora VT 2 z kolektorem tranzystora VT 1. Tworzy to połączenie między tranzystorami VT 1 i VT 2, jak pokazano na ryc. 2.20a.
Ponieważ emiter tranzystora VT 1 ma potencjał dodatni, a baza ma potencjał zerowy, złącze emitera jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a tranzystor jest otwarty.
Prąd kolektora tego tranzystora można zamknąć albo przez tranzystor VT 3 (falownik poprzedniego elementu), albo przez złącze emitera tranzystora VT 2. Jeśli poprzedni element logiczny
jest w stanie otwartym (tranzystor VT 3 jest otwarty), wówczas na wejściu tego elementu występuje niski poziom napięcia, który działając w oparciu o VT 2, utrzymuje ten tranzystor w stanie zamkniętym. Prąd wtryskiwacza VT 1 jest zamykany przez tranzystor VT 3. Kiedy poprzedni element logiczny jest zamknięty (tranzystor VT 3 jest zamknięty), prąd kolektora wtryskiwacza VT 1 wpływa do podstawy tranzystora VT 2, a ten tranzystor jest ustawiony na stan otwarty.
Zatem, gdy VT 3 jest zamknięty, tranzystor VT 2 jest otwarty i odwrotnie, gdy VT 3 jest otwarty, tranzystor VT 2 jest zamknięty. Stan otwarty elementu odpowiada stanowi log.0, natomiast stan zamknięty odpowiada stanowi log.1.
Na ryc. Rysunek 2.21a przedstawia obwód realizujący operację OR-NOT. Podłączenie kolektorów elementowych odpowiada działaniu tzw instalacja I. Rzeczywiście wystarczy, że przynajmniej jeden z elementów będzie w stanie otwartym (stan log.0), wówczas prąd wtryskiwaczy kolejnego elementu zostanie zamknięty przez otwarty falownik i ustali się niski poziom log.0 przy łączna wydajność elementów. W rezultacie na tym wyjściu tworzona jest wartość odpowiadająca wyrażeniu logicznemu x 1 · x 2. Zastosowanie do tego transformacji de Morgana prowadzi do wyrażenia x 1 · x 2 = . Dlatego to połączenie elementów naprawdę implementuje operację OR-NOT.
Elementy logiczne ORAZ 2 L mają następujące zalety:
zapewniają wysoki stopień integracji; przy produkcji obwodów I 2 L stosuje się te same procesy technologiczne, co przy produkcji układów scalonych na tranzystorach bipolarnych, ale liczba operacji technologicznych i niezbędnych fotomasek jest mniejsza;
używany podnapięcie(około 1B);
zapewnić możliwość wymiany mocy na prędkość w szerokim zakresie (pobór mocy można zmieniać o kilka rzędów wielkości, co odpowiednio doprowadzi do zmiany prędkości);
są w dobrej zgodzie z elementami TTL.
Na ryc. Rysunek 2.21b przedstawia schemat przejścia od elementów I 2 L do elementu TTL.
Podstawowym elementem logicznym szeregu jest element logiczny AND-NOT. Na ryc. Rysunek 2.3 przedstawia schematy trzech początkowych elementów NAND TTL. Wszystkie obwody zawierają trzy główne stopnie: wejście tranzystorowe VT1, implementacja funkcji logicznej AND; tranzystor oddzielający fazy VT2 oraz stopień wyjściowy typu push-pull.
Ryc. 2.3.a. Schemat ideowy podstawowego elementu serii K131
Zasada działania elementu logicznego serii K131 (ryc. 2.3.a) jest następująca: po odebraniu na którymkolwiek z wejść sygnału o niskim poziomie (0 - 0,4 V) złącze baza-emiter układu multi -tranzystor emiterowy VT1 jest spolaryzowany w kierunku przewodzenia (odblokowany) i prawie cały prąd przepływający przez rezystor R1 jest rozgałęziony do masy, w wyniku czego VT2 zamyka się i działa w trybie odcięcia. Prąd przepływający przez rezystor R2 nasyca bazę tranzystora VT3. Tranzystory VT3 i VT4 połączone zgodnie z obwodem Darlingtona tworzą tranzystor kompozytowy, który jest wtórnikiem emitera. Pełni funkcję stopnia wyjściowego wzmacniającego moc sygnału. Na wyjściu obwodu generowany jest sygnał o wysokim poziomie logicznym.
Jeśli sygnał jest dostarczany na wszystkie wejścia wysoki poziom, złącze baza-emiter tranzystora wieloemiterowego VT1 jest w trybie zamkniętym. Prąd przepływający przez rezystor R1 nasyca bazę tranzystora VT1, w wyniku czego tranzystor VT5 zostaje odblokowany, a na wyjściu obwodu ustawiany jest poziom logicznego zera.
Ponieważ w momencie przełączania tranzystory VT4 i VT5 są otwarte i przepływa przez nie duży prąd, do obwodu wprowadza się rezystor ograniczający R5.
VT2, R2 i R3 tworzą kaskadę rozdzielania faz. Konieczne jest naprzemienne włączanie w weekendy tranzystory n-p-n. Kaskada ma dwa wyjścia: kolektor i emiter, na których sygnały są przeciwfazowe.
Diody VD1 - VD3 stanowią zabezpieczenie przed impulsami ujemnymi.
Ryc. 2.3.b, c. Schematy ideowe podstawowych elementów serii K155 i K134
W mikroukładach serii K155 i K134 stopień wyjściowy jest zbudowany na niekompozytowym wzmacniaczu (tylko tranzystor VT3) i nasycany tranzystor VT5 wraz z wprowadzeniem diody przesunięcia poziomu VD4(ryc. 2.3, b, c). Ostatnie dwa etapy tworzą złożony falownik, który realizuje logiczną operację NOT. Jeśli wprowadzisz dwa stopnie separacji faz, wówczas zostanie zaimplementowana funkcja OR-NOT.
Na ryc. 2.3 i pokazuje podstawowy element logiczny serii K131 (zagraniczny analog - 74N). Podstawowy element serii K155 (analog zagraniczny - 74) pokazano na ryc. 2.3, b, a na ryc. 2.3, c - element serii K134 (analog zagraniczny - 74L). Teraz te serie praktycznie nie są rozwinięte.
Mikroukłady TTL początkowego rozwoju zaczęto aktywnie zastępować mikroukładami TTLSh, które w swojej wewnętrznej strukturze mają połączenia z barierą Schottky'ego. Tranzystor złączowy Schottky'ego (tranzystor Schottky'ego) opiera się na dobrze znanym obwodzie przełącznika tranzystora nienasyconego (rys. 2.4.a).
Rysunek 2.4. Wyjaśnienie zasady otrzymywania struktury z przejściem Schottky'ego:
a - nienasycony przełącznik tranzystorowy; b - tranzystor z diodą Schottky'ego; c - symbol tranzystora Schottky'ego.
Aby zapobiec nasyceniu tranzystora, między kolektorem a podstawą włącza się diodę. Zastosowanie diody sprzężenia zwrotnego w celu wyeliminowania nasycenia tranzystora po raz pierwszy zaproponował B. N. Kononov, jednak w tym przypadku może ono wzrosnąć do 1 V. Idealną diodą jest dioda barierowa Schottky'ego. Jest to kontakt utworzony pomiędzy metalem a lekko domieszkowanym n-półprzewodnikiem. W metalu tylko część elektronów jest wolna (te poza strefą walencyjną). W półprzewodniku wolne elektrony istnieją na granicy przewodzenia utworzonej przez dodanie atomów zanieczyszczeń. W przypadku braku napięcia polaryzacji liczba elektronów przekraczających barierę po obu stronach jest taka sama, tj. nie ma prądu. Kiedy elektrony są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, mają energię potrzebną do przekroczenia bariery potencjału i przejścia do metalu. Wraz ze wzrostem napięcia polaryzacji szerokość bariery maleje, a prąd przewodzenia gwałtownie rośnie.
W przypadku polaryzacji zaporowej elektrony w półprzewodniku wymagają więcej energii, aby pokonać barierę potencjału. W przypadku elektronów w metalu bariera potencjału nie zależy od napięcia polaryzacji, dlatego płynie niewielki prąd wsteczny, który pozostaje praktycznie stały aż do wystąpienia przebicia lawinowego.
Prąd w diodach Schottky'ego jest określony przez większość nośników, więc jest większy przy tym samym polaryzacji przewodzenia, a zatem spadek napięcia w kierunku przewodzenia na diodzie Schottky'ego jest mniejszy niż przy zwykłe p-n przejście przy danym prądzie. Zatem dioda Schottky'ego ma progowe napięcie otwarcia rzędu (0,2-0,3) V, w przeciwieństwie do napięcia progowego konwencjonalnej diody krzemowej wynoszące 0,7 V, i znacznie skraca żywotność nośników mniejszościowych w półprzewodniku.
Na schemacie z rys. 2.4, b tranzystor VT1 jest chroniony przed przejściem w stan nasycenia przez diodę Shatky'ego o niskim progu otwarcia (0,2...0,3) V, więc napięcie nieznacznie wzrośnie w porównaniu do nasyconego tranzystora VT1. Na ryc. 2.4, c pokazuje obwód z „tranzystorem Schottky’ego”. W oparciu o tranzystory Schottky'ego wyprodukowano mikroukłady dwóch głównych serii TTLSh (rys. 2.5)
Na ryc. 2.5 i pokazuje schemat szybkiego elementu logicznego użytego jako podstawa mikroukładów serii K531 (zagraniczny analog - 74S), (S to pierwsza litera nazwiska niemieckiego fizyka Schottky'ego). W tym elemencie obwód emitera kaskady oddzielającej fazy wykonany na tranzystorze VT2, włącza się generator prądu - tranzystor VT6 z rezystorami R4 I R5. Pozwala to zwiększyć wydajność elementu logicznego. W przeciwnym razie ten element logiczny jest podobny do podstawowego elementu serii K131. Jednak wprowadzenie tranzystorów Schottky'ego umożliwiło redukcję tzd.r podwoił się.
Na ryc. 2.5, b pokazuje schemat podstawowego elementu logicznego serii K555 (analog obcy - 74LS). W tym obwodzie zamiast tranzystora wieloemiterowego na wejściu zastosowano matrycę diod Schottky'ego. Wprowadzenie diod Shatky'ego eliminuje gromadzenie się nadmiernych ładunków bazowych, które wydłużają czas wyłączania tranzystora oraz zapewnia stabilność czasu przełączania w całym zakresie temperatur.
Rezystor R6 górnego ramienia stopnia wyjściowego wytwarza niezbędne napięcie u podstawy tranzystora VT3 aby to otworzyć. Aby zmniejszyć zużycie energii, gdy brama jest zamknięta (), rezystor R6 podłączaj nie do wspólnej magistrali, ale do wyjścia elementu.
Dioda VD7, połączone szeregowo z R6 i równolegle do rezystora obciążenia kolektora kaskady separacji faz R2, pozwala zmniejszyć opóźnienie załączenia obwodu poprzez wykorzystanie części energii zmagazynowanej w pojemności obciążenia do zwiększenia prądu kolektora tranzystora VT1 w trybie przejściowym.
Tranzystor VT3 jest realizowany bez diod Schottky'ego, ponieważ działa w trybie aktywnym (wtórnik emitera).
Jeśli weźmiemy na przykład tranzystor MJE3055T ma maksymalny prąd 10 A, a wzmocnienie wynosi odpowiednio tylko około 50, aby całkowicie się otworzyć, musi wpompować do podstawy około dwustu miliamperów prądu; Zwykłe wyjście MK nie wytrzyma tyle, ale jeśli podłączysz między nie słabszy tranzystor (jakiś BC337) mogący wyciągnąć te 200 mA, to jest proste. Ale to tak, żeby wiedział. A co jeśli będziesz musiał zrobić system sterowania z improwizowanych śmieci - przyda się.
W praktyce gotowe zespoły tranzystorowe. Zewnętrznie nie różni się od konwencjonalnego tranzystora. To samo ciało, te same trzy nogi. Tyle, że ma dużą moc, a prąd sterujący mikroskopijny :) W cennikach zwykle się nie zawracają i piszą po prostu – tranzystor Darlingtona, czy tranzystor kompozytowy.
Na przykład para BDW93C(NPN) i BDW94С(PNP) Oto ich wewnętrzna struktura z arkusza danych.
Co więcej, istnieją Zgromadzenia Darlingtona. Kiedy kilka jest zapakowanych w jedną paczkę na raz. Rzecz niezastąpiona, gdy trzeba sterować jakimś mocnym wyświetlaczem LED lub silnikiem krokowym (). Doskonały przykład takiego buildu - bardzo popularny i łatwo dostępny ULN2003, zdolny do przeciągnięcia do 500 mA dla każdego z siedmiu zespołów. Wyjścia są możliwe uwzględnić równolegle zwiększyć bieżący limit. W sumie jeden ULN może przenosić przez siebie aż 3,5 A, jeśli wszystkie jego wejścia i wyjścia są równoległe. Cieszy mnie to, że wyjście jest naprzeciwko wejścia, bardzo wygodnie jest poprowadzić pod nim deskę. Bezpośrednio.
Arkusz danych pokazuje wewnętrzną strukturę tego chipa. Jak widać i tutaj znajdują się diody ochronne. Pomimo tego, że są rysowane tak, jakby były wzmacniaczami operacyjnymi, wyjście jest tutaj typu otwarty kolektor. Oznacza to, że może jedynie zwarć z ziemią. Co staje się jasne z tego samego arkusza danych, jeśli spojrzysz na konstrukcję jednego zaworu.
Przy projektowaniu obwodów radioelektronicznych często zdarzają się sytuacje, w których pożądane jest posiadanie tranzystorów o parametrach lepszych niż oferowane przez producentów elementów radiowych. W niektórych przypadkach możemy potrzebować większego wzmocnienia prądowego h 21 , w innych wyższej rezystancji wejściowej h 11 , a w jeszcze innych niższej przewodności wyjściowej h 22 . Aby rozwiązać te problemy, doskonała jest możliwość zastosowania elementu elektronicznego, który omówimy poniżej.
Budowa tranzystora kompozytowego i oznaczenie na schematach |
Poniższy obwód jest odpowiednikiem pojedynczego Półprzewodnik n-p-n. W tym obwodzie prąd emitera VT1 jest prądem bazowym VT2. Prąd kolektora tranzystora kompozytowego zależy głównie od prądu VT2.
To dwa oddzielne tranzystory bipolarne wykonane na tym samym chipie i w tej samej obudowie. Rezystor obciążenia znajduje się tam również w obwodzie emitera pierwszego tranzystora bipolarnego. Tranzystor Darlingtona ma te same zaciski, co standardowy tranzystor bipolarny - bazę, kolektor i emiter.
Jak widać na powyższym rysunku, standardowy tranzystor kompozytowy jest kombinacją kilku tranzystorów. W zależności od poziomu złożoności i strat mocy może być więcej niż dwa tranzystory Darlingtona.
Główną zaletą tranzystora kompozytowego jest znacznie większe wzmocnienie prądowe h 21, które można w przybliżeniu obliczyć za pomocą wzoru jako iloczynu parametrów h 21 tranzystorów wchodzących w skład obwodu.
godz. 21 = godz. 21vt1 × h21vt2 (1)
Jeśli więc wzmocnienie pierwszego wynosi 120, a drugiego 60, wówczas całkowite wzmocnienie obwodu Darlingtona jest równe iloczynowi tych wartości - 7200.
Należy jednak pamiętać, że parametr h21 zależy dość silnie od prądu kolektora. W przypadku, gdy prąd bazowy tranzystora VT2 jest wystarczająco niski, kolektor VT1 może nie wystarczyć do zapewnienia pożądana wartość wzmocnienie prądu h 21. Następnie zwiększając h21 i odpowiednio zmniejszając prąd bazowy tranzystora kompozytowego, można osiągnąć wzrost prądu kolektora VT1. Aby to zrobić, między emiterem a podstawą VT2 umieszcza się dodatkowy opór, jak pokazano na poniższym schemacie.
Obliczmy elementy obwodu Darlingtona zmontowanego na przykład na tranzystorach bipolarnych BC846A prąd VT2 wynosi 1 mA; Następnie określamy jego prąd bazowy z wyrażenia:
i kvt1 =i bvt2 =i kvt2 / h 21vt2 = 1×10 -3 A / 200 =5×10 -6 A
Przy tak niskim prądzie 5 μA współczynnik h 21 gwałtownie maleje, a ogólny współczynnik może być o rząd wielkości mniejszy niż obliczony. Zwiększając prąd kolektora pierwszego tranzystora za pomocą dodatkowego rezystora, można znacznie zyskać na wartości parametr ogólny godz.21. Ponieważ napięcie na bazie jest stałe (dla typowego krzemowego półprzewodnika trójprzewodowego u = 0,7 V), rezystancję można obliczyć ze wzoru:
R = u bevt2 / i evt1 - i bvt2 = 0,7 V / 0,1 mA - 0,005 mA = 7 kOhm
W tym przypadku możemy liczyć na wzmocnienie prądowe sięgające 40 000. Wiele tranzystorów typu superbetta jest zbudowanych według tego obwodu.
Dodając do maści wspomnę, że ten obwód Darlingtona ma tak istotną wadę jak podwyższone napięcie Uke. Jeżeli w konwencjonalnych tranzystorach napięcie wynosi 0,2 V, to w tranzystorze kompozytowym wzrasta do poziomu 0,9 V. Wynika to z konieczności otwarcia VT1 i w tym celu konieczne jest przyłożenie napięcia do 0,7 V do jego podstawa (jeśli podczas produkcji półprzewodnika użyto krzemu).
W rezultacie, aby wyeliminować wspomnianą wadę, dokonano niewielkich zmian w układzie klasycznym i uzyskano komplementarny tranzystor Darlingtona. Taki tranzystor kompozytowy składa się z elementów bipolarnych, ale o różnej przewodności: p-n-p i n-p-n.
Rosyjscy i wielu zagranicznych radioamatorów nazywa to połączenie schematem Szyklaia, choć schemat ten nazywano parą paradoksalną.
Typową wadą tranzystorów kompozytowych ograniczającą ich zastosowanie jest ich niska wydajność, dlatego są one powszechnie stosowane tylko w obwodach niskiej częstotliwości. Świetnie sprawdzają się w stopniach wyjściowych potężnych ULF, w obwodach sterujących silników i urządzeń automatyki oraz w obwodach zapłonowych samochodów.
NA schematy obwodów tranzystor kompozytowy jest określany jako konwencjonalny tranzystor bipolarny. Chociaż rzadko stosuje się taki konwencjonalny obraz graficzny tranzystora kompozytowego w obwodzie.
Jednym z najpopularniejszych jest układ scalony L293D – to cztery wzmacniacze prądowe w jednej obudowie. Ponadto mikrozespół L293 można zdefiniować jako cztery tranzystorowe przełączniki elektroniczne.
Stopień wyjściowy mikroukładu składa się z kombinacji obwodów Darlingtona i Sziklai.
Ponadto wyspecjalizowane mikrozespoły oparte na obwodzie Darlington cieszą się także uznaniem radioamatorów. Na przykład . Ten układ scalony jest zasadniczo matrycą siedmiu tranzystorów Darlingtona. Takie uniwersalne zestawy doskonale ozdabiają amatorskie obwody radiowe i uczynić je bardziej funkcjonalnymi.
Mikroukład to siedmiokanałowy przełącznik dużych obciążeń oparty na kompozytowych tranzystorach Darlington z otwartym kolektorem. Przełączniki zawierają diody ochronne, które umożliwiają przełączanie obciążeń indukcyjnych, takich jak cewki przekaźników. Przełącznik ULN2004 jest niezbędny przy podłączaniu dużych obciążeń do układów logicznych CMOS.
Prąd ładowania przez akumulator w zależności od napięcia na nim (dotyczy Przejście B-E VT1), jest regulowany przez tranzystor VT1, którego napięcie kolektora kontroluje wskaźnik ładowania na diodzie LED (w miarę postępu ładowania prąd ładowania maleje, a dioda LED stopniowo gaśnie) oraz mocny tranzystor kompozytowy zawierający VT2, VT3, VT4.
Sygnał wymagający wzmocnienia przez wstępny ULF jest podawany do wstępnego stopnia wzmacniacza różnicowego zbudowanego na kompozytowych VT1 i VT2. Zastosowanie obwodu różnicowego w stopniu wzmacniacza zmniejsza efekty szumu i zapewnia ujemne sprzężenie zwrotne. Napięcie OS jest dostarczane do bazy tranzystora VT2 z wyjścia wzmacniacza mocy. System operacyjny według DC realizowany poprzez rezystor R6.
Po włączeniu generatora kondensator C1 zaczyna się ładować, następnie dioda Zenera otwiera się i działa przekaźnik K1. Kondensator zaczyna się rozładowywać poprzez rezystor i tranzystor kompozytowy. Po krótkim czasie przekaźnik wyłącza się i rozpoczyna się nowy cykl generatora.