Operação e dispositivo do transistor Darlington composto. Transistor composto (circuito Darlington e Sziklai) Como fazer um transistor de efeito de campo composto

Para obter os principais parâmetros do TC, deve-se definir o modelo do próprio transistor bipolar (BT) para baixas frequências na Fig. 1a.

Arroz. 1. Opções de circuito equivalente BT npn

Existem apenas dois parâmetros principais de projeto: ganho de corrente e impedância de entrada transistor. Depois de recebê-los, para um circuito específico, usando fórmulas conhecidas, é possível calcular o ganho de tensão, a resistência de entrada e saída da cascata.

Os circuitos equivalentes dos transistores compostos Darlington (STD) e Szyklai (STSh) são mostrados na Fig. 2, fórmulas prontas para cálculo de parâmetros estão na tabela. 1.

Tabela 1 - Fórmulas para cálculo dos parâmetros do TC

Aqui está a resistência do emissor, calculada pela fórmula:

Arroz. 2 opções para transistores compostos

Sabe-se que b depende da corrente do coletor (o gráfico de dependência está indicado na ficha técnica). Se a corrente de base VT2 (também conhecida como corrente de emissor ou coletor VT1) for muito pequena, os parâmetros reais do TC serão muito inferiores aos calculados. Portanto, para manter a corrente inicial do coletor VT1, basta conectar um resistor Radd adicional ao circuito (Fig. 2c). Por exemplo, se o STD usar KT315 como VT1 com a corrente mínima necessária Ik.min, então a resistência adicional será igual a

você pode colocar um resistor com valor nominal de 680 ohms.

O efeito de desvio do Radd reduz os parâmetros do TC, portanto, em microcircuitos e outros circuitos sofisticados, ele é substituído por uma fonte de corrente.

Como pode ser visto nas fórmulas da tabela. 1, o ganho e a impedância de entrada do STD são maiores que os do STS. No entanto, este último tem as suas vantagens:

1. na entrada STS a tensão cai menos que a do STD (Ube versus 2Ube);
2. o coletor VT2 está conectado ao fio comum, ou seja, em um circuito com OE para resfriamento, o VT2 pode ser colocado diretamente no corpo metálico do dispositivo.

Prática de operação de transistor composto

Na Fig. A Figura 3 mostra três opções para construção de um estágio de saída (seguidor de emissor). Ao selecionar transistores, você deve se esforçar para b1~b2 e b3~b4. A diferença pode ser compensada selecionando pares com base na igualdade dos fatores de ganho ST b13~b24 (ver Tabela 1).

• Esquema na Fig. 3a tem a maior resistência de entrada, mas este é o pior dos circuitos fornecidos: requer isolamento dos flanges de transistores potentes (ou radiadores separados) e fornece a menor oscilação de tensão, já que ~2 V devem cair entre as bases do TC , caso contrário, a distorção em “passo” aparecerá fortemente.
• Esquema na Fig. 3b foi herdado daqueles tempos em que pares complementares de transistores potentes ainda não eram produzidos. A única vantagem em comparação com a versão anterior é uma menor queda de tensão de ~1,8 V e uma oscilação maior sem distorção.
• Esquema na Fig. 3c demonstra claramente as vantagens do STS: quedas mínimas de tensão entre as bases ST e transistores potentes podem ser colocados em um radiador comum sem espaçadores isolantes.

Na Fig. 4 mostra dois estabilizador paramétrico. A tensão de saída para a versão com STD é:

Como o Ube varia dependendo da temperatura e da corrente do coletor, a propagação da tensão de saída de um circuito com STD será maior e, portanto, a opção com STS é preferível.

Arroz. 3. Opções para seguidores de emissores de saída em ST

Arroz. 4. Aplicação de TC como regulador em um estabilizador linear

Qualquer combinação adequada de transistores pode ser usada em circuitos lineares. O autor conheceu uma família Tecnologia soviética, em que STS foram usados ​​nos pares KT315+KT814 e KT3107+KT815 (embora /KT361 e KT3102/KT3107 tenham sido aceitos). Como par complementar, você pode usar o C945 e o A733, frequentemente encontrados em fontes de alimentação de computadores antigos.

Discuta o artigo TEORIA E PRÁTICA DO TRANSISTOR COMPOSTO

Se você conectar os transistores conforme mostrado na Fig. 2.60, então o circuito resultante operará como um único transistor, e seu coeficiente (3 será igual ao produto dos coeficientes dos transistores componentes. Esta técnica é útil para circuitos operando com altas correntes (por exemplo, para reguladores de tensão ou estágios de saída de amplificadores de potência) ou para estágios de entrada de amplificadores, se você precisar fornecer uma alta impedância de entrada.

Arroz. 2,60. Transistor Darlington composto.

Arroz. 2.61. Aumentando a velocidade de desligamento em um transistor Darlington composto.

Em um transistor Darlington, a queda de tensão entre a base e o emissor é duas vezes a queda de tensão normal, e a tensão de saturação é pelo menos igual à queda de tensão através do diodo (uma vez que o potencial do emissor do transistor deve exceder o potencial do emissor do transistor na quantidade de queda de tensão no diodo). Além disso, os transistores conectados dessa maneira se comportam como um transistor com uma velocidade bastante baixa, uma vez que o transistor não pode desligar rapidamente o transistor. Levando em conta esta propriedade, normalmente um resistor é conectado entre a base e o emissor do transistor (Fig. 2.61). O resistor R evita que o transistor mude para a região de condução devido às correntes de fuga dos transistores e. A resistência do resistor é escolhida de modo que as correntes de fuga (medidas em nanoamperes para transistores de pequeno sinal e em centenas de microamperes para transistores de alta potência) criem uma queda de tensão através dele que não exceda a queda de tensão através do diodo, e ao mesmo tempo, de modo que uma corrente flui através dele que é pequena em comparação com a corrente de base do transistor. Normalmente, a resistência R é de várias centenas de ohms em um transistor Darlington de alta potência e de vários milhares de ohms em um transistor Darlington de pequeno sinal.

A indústria produz transistores Darlington na forma de módulos completos, que geralmente incluem um resistor emissor. Um exemplo desse circuito padrão é o transistor PNP de potência Darlington, que tem um ganho de corrente de 4.000 (típico) para uma corrente de coletor de 10 A.

Arroz. 2,62. Conectando transistores de acordo com o circuito Sziklai (“transistor Darlington complementar”).

Conectando transistores de acordo com o circuito Sziklai.

A conexão dos transistores de acordo com o circuito de Sziklai é um circuito semelhante ao que acabamos de ver. Também proporciona um aumento no coeficiente. Às vezes, essa conexão é chamada de transistor Darlington complementar (Fig. 2.62). O circuito se comporta como um transistor do tipo ppn com um grande coeficiente. O circuito possui uma única tensão entre a base e o emissor, e a tensão de saturação, como no circuito anterior, é pelo menos igual à queda de tensão no diodo. Recomenda-se incluir um resistor com pequena resistência entre a base e o emissor do transistor. Os projetistas usam este circuito em estágios de saída push-pull de alta potência quando desejam usar transistores de saída de apenas uma polaridade. Um exemplo de tal circuito é mostrado na Fig. 2,63. Como antes, o resistor é um resistor coletor do transistor Darlington, formado por transistores, se comporta como um único transistor do tipo p-p-n com alto ganho de corrente. Os transistores conectados de acordo com o circuito Sziklai se comportam como um poderoso transistor p-p-p-tia com alto ganho.

Arroz. 2,63. Uma poderosa cascata push-pull que usa apenas transistores de saída.

Como antes, os resistores têm uma resistência pequena. Este circuito é às vezes chamado de repetidor push-pull com simetria quase complementar. Numa cascata real com simetria adicional (complementar), os transistores seriam conectados em um circuito Darlington.

Transistor com ganho de corrente ultra-alto.

Transistores compostos- o transistor Darlington e similares não devem ser confundidos com transistores com ganho de corrente ultra-alto, nos quais ótimo valor os coeficientes são obtidos durante o processo tecnológico de fabricação do elemento. Um exemplo de tal elemento é um tipo de transistor, para o qual é garantido um ganho mínimo de corrente de 450 quando a corrente do coletor varia na faixa de a. Este transistor pertence a uma série de elementos, que se caracteriza por uma faixa de tensão máxima. de 30 a 60 V (se a tensão do coletor for maior, deve-se diminuir o valor). A indústria produz pares de transistores combinados com coeficientes extremamente altos. Eles são usados ​​em amplificadores de baixo sinal para os quais os transistores devem ter características correspondentes; A seção é dedicada a esta questão. 2.18. Exemplos de tais circuitos padrão são circuitos do tipo são pares de transistores com alto ganho, nos quais a tensão é casada em frações de milivolt (nos melhores circuitos, a correspondência é fornecida e o coeficiente do circuito é um par combinado.

Transistores com coeficiente extremamente alto podem ser combinados usando um circuito Darlington. Neste caso, a corrente de polarização de base pode ser igualada apenas a (exemplos de tais circuitos são amplificadores operacionais como .

Um transistor Darlington composto é composto de um par de transistores padrão combinados por um cristal e um revestimento protetor comum. Normalmente, nos desenhos, nenhum símbolo especial é usado para marcar a posição de tal transistor, apenas aquele usado para marcar os transistores do tipo padrão.

Um resistor de carga é conectado ao circuito emissor de um dos elementos. Os terminais de um transistor Darlington são semelhantes a um triodo semicondutor bipolar:

• base;
• emissor;
• coletor.

Além da versão geralmente aceita do transistor composto, existem diversas variedades dele.

Par Sziklai e circuito cascode

Outro nome para um triodo semicondutor composto é par Darlington. Além dela, há também um casal de Siklai. Esta é uma combinação semelhante de uma díade de elementos básicos, que difere por incluir diferentes tipos de transistores.

Quanto ao circuito cascode, este também é uma variante de um transistor composto, no qual um triodo semicondutor é conectado de acordo com um circuito com OE, e o outro de acordo com um circuito com OB. Este dispositivo é semelhante um transistor simples, que está incluído em um circuito com OE, mas possui melhor desempenho de frequência, alta impedância de entrada e grande faixa linear com menos distorção do sinal transmitido.

Vantagens e desvantagens dos transistores compostos

A potência e a complexidade de um transistor Darlington podem ser ajustadas aumentando o número de transistores bipolares incluídos nele. Existe também um que inclui bipolar e é utilizado na área de eletrônica de alta tensão.

A principal vantagem dos transistores compostos é sua capacidade de fornecer alto ganho de corrente. O fato é que se o ganho de cada um dos dois transistores for 60, então quando eles trabalharem juntos em um transistor composto, o ganho total será igual ao produto dos coeficientes dos transistores incluídos em sua composição (em nesse caso- 3600). Como resultado, uma corrente de base bastante pequena é necessária para abrir o transistor Darlington.

A desvantagem de um transistor composto é sua baixa velocidade trabalho, o que os torna adequados para uso apenas em circuitos operando em baixas frequências. Freqüentemente, os transistores compostos aparecem como componentes dos estágios de saída de poderosos amplificadores de baixa frequência.

Recursos do dispositivo

Para transistores compostos, a diminuição gradual da tensão ao longo do condutor na junção base-emissor é o dobro do padrão. O nível de redução de tensão em um transistor aberto é aproximadamente igual à queda de tensão que o diodo possui.

Por este indicador um transistor composto é semelhante a um transformador abaixador. Mas em relação às características do transformador, o transistor Darlington tem um ganho de potência muito maior. Esses transistores podem operar chaves com frequência de até 25 Hz.

O sistema para produção industrial de transistores compostos é configurado de forma que o módulo seja totalmente equipado e equipado com um resistor emissor.

Como testar um transistor Darlington

A maneira mais simples de testar um transistor composto é a seguinte:

• O emissor está conectado ao lado negativo da fonte de energia;
• O coletor é conectado a um dos terminais da lâmpada, seu segundo terminal é redirecionado para o “mais” da fonte de alimentação;
• Por meio de um resistor, uma tensão positiva é transmitida à base, a lâmpada acende;
• Por meio de um resistor, a tensão negativa é transmitida para a base, a lâmpada não acende.

Se tudo correu conforme descrito, o transistor está funcionando.

Escreva comentários, acréscimos ao artigo, talvez eu tenha perdido alguma coisa. Dê uma olhada, ficarei feliz se você encontrar algo útil no meu.

Se você conectar os transistores conforme mostrado na Fig. 2.60, então o circuito resultante funcionará como um transistor, e seu coeficiente β será igual ao produto dos coeficientes β componentes de transistores.

Arroz. 2,60. Transistor composto Darlington .

Esta técnica é útil para circuitos que lidam com altas correntes (como reguladores de tensão ou estágios de saída de amplificadores de potência) ou para estágios de entrada de amplificadores que requerem alta impedância de entrada.

Em um transistor Darlington, a queda de tensão entre a base e o emissor é duas vezes a tensão normal, e a tensão de saturação é pelo menos igual à queda de tensão através do diodo (uma vez que o potencial do emissor do transistor T1 deve exceder o potencial do emissor do transistor T2 pela queda de tensão no diodo). Além disso, os transistores conectados desta forma se comportam como um transistor com uma velocidade bastante baixa, uma vez que o transistor T1 não é possível desligar rapidamente o transistor T2. Dada esta propriedade, geralmente fica entre a base e o emissor do transistor T2 ligue o resistor (Fig. 2.61).

Arroz. 2.61. Aumentando a velocidade de desligamento em um transistor Darlington composto.

Resistor R evita polarização do transistor T2 na região de condução devido às correntes de fuga dos transistores T1 E T2. A resistência do resistor é escolhida de modo que as correntes de fuga (medidas em nanoamperes para transistores de pequeno sinal e em centenas de microamperes para transistores de alta potência) criem uma queda de tensão através dele que não exceda a queda de tensão através do diodo, e ao mesmo tempo, de modo que uma corrente flui através dele que é pequena em comparação com a corrente de base do transistor T2. Geralmente resistência Ré de várias centenas de ohms em um transistor Darlington de alta potência e vários milhares de ohms em um transistor Darlington de pequeno sinal.

A indústria produz transistores Darlington na forma de módulos completos, que geralmente incluem um resistor emissor. Um exemplo desse esquema padrão é o poderoso n-р-n O transistor Darlington é do tipo 2N6282, seu ganho de corrente é 4000 (típico) para uma corrente de coletor de 10 A.

Conectando transistores de acordo com o esquema Sziklai (Sziklai). A conexão dos transistores de acordo com o circuito de Sziklai é um circuito semelhante ao que acabamos de ver. Também proporciona um aumento no coeficiente β . Às vezes, essa conexão é chamada de transistor Darlington complementar (Fig. 2.62).

Arroz. 2,62 . Conectando transistores de acordo com o diagrama Siklai(“transistor Darlington complementar”).

O circuito se comporta como um transistor n-р-n- digite com um grande coeficiente β . O circuito possui uma única tensão entre a base e o emissor, e a tensão de saturação, como no circuito anterior, é pelo menos igual à queda de tensão no diodo. Entre a base e o emissor do transistor T2 Recomenda-se incluir um resistor com pequena resistência. Os projetistas usam este circuito em estágios de saída push-pull de alta potência quando desejam usar transistores de saída de apenas uma polaridade. Um exemplo de tal circuito é mostrado na Fig. 2,63.

Arroz. 2,63. Uma poderosa cascata push-pull que usa apenas transistores de saída n-р-n-tipo.

Como antes, o resistor é o resistor de coletor do transistor T1. Transistor Darlington formado por transistores T2 E T 3, se comporta como um único transistor n-р-n‑tipo, com um grande ganho de corrente. Transistores T4 E T5, conectados de acordo com o circuito Sziklai, se comportam como um poderoso transistor p-n-p- tipo com alto ganho. Como antes, resistores R3 E R4 têm pouca resistência. Este circuito é às vezes chamado de repetidor push-pull com simetria quase complementar. Numa cascata real com simetria adicional (complementar), os transistores T4 E T5 seria conectado de acordo com o circuito Darlington.

Transistor com ganho de corrente ultra-alto. Os transistores compostos - transistores Darlington e outros semelhantes - não devem ser confundidos com transistores de ganho de corrente ultra-alto, que possuem um ganho de corrente muito alto. 21h00 obtido durante o processo tecnológico de fabricação de um elemento. Um exemplo de tal elemento é o transistor do tipo 2N5962, para o qual é garantido um ganho mínimo de corrente de 450 quando a corrente do coletor varia na faixa de 10 μA a 10 mA; este transistor pertence à série de elementos 2N5961‑2N5963, que é caracterizada por uma faixa de tensões máximas U CE de 30 a 60 V (se a tensão do coletor for maior, deve-se reduzir o valor β ). A indústria produz pares combinados de transistores com valores de coeficiente ultra-altos β . Eles são usados ​​em amplificadores de baixo sinal para os quais os transistores devem ter características correspondentes; dedicado a este assunto seção 2.18. Exemplos de tais circuitos padrão são circuitos como LM394 e MAT-01; eles são pares de transistores de alto ganho nos quais a tensão VOCÊ SEJA combinado com frações de milivolt (os melhores circuitos fornecem correspondência de até 50 μV) e o coeficiente 21h00– até 1%. O circuito tipo MAT-03 é um par casado p-n-p- transistores.

Transistores de proporção ultra-alta β pode ser combinado de acordo com o esquema Darlington. Neste caso, a corrente de polarização de base pode ser igual a apenas 50 pA (exemplos de tais circuitos são amplificadores operacionais como LM111 e LM316.

Link de rastreamento

Ao definir a tensão de polarização, por exemplo, em um seguidor de emissor, os resistores divisores no circuito de base são selecionados de modo que o divisor em relação à base atue como uma fonte de tensão forte, ou seja, de modo que a resistência dos resistores conectados em paralelo seja significativamente menor que a resistência de entrada do circuito nas bases laterais. Nesse sentido, a resistência de entrada de todo o circuito é determinada pelo divisor de tensão - para um sinal que chega à sua entrada, a resistência de entrada acaba sendo muito menor do que o realmente necessário. Na Fig. A Figura 2.64 mostra um exemplo correspondente.

Arroz. 2,64.

A impedância de entrada do circuito é de aproximadamente 9 kΩ e a resistência do divisor de tensão para o sinal de entrada é de 10 kΩ. É desejável que a resistência de entrada seja sempre alta e, em qualquer caso, não é aconselhável carregar a fonte do sinal de entrada do circuito com um divisor, que em última análise é necessário apenas para fornecer polarização ao transistor. O método de comunicação de rastreamento permite sair dessa dificuldade (Fig. 2.65).

Arroz. 2,65. Aumentar a impedância de entrada do seguidor de emissor nas frequências do sinal, incluindo um divisor no circuito de rastreamento, que fornece uma polarização de base.

A polarização do transistor é fornecida por resistores R1, R2, R3. Capacitor C2é escolhido de modo que sua resistência total nas frequências do sinal seja pequena em comparação com a resistência dos resistores de polarização. Como sempre, a polarização será estável se a resistência de sua fonte for igual a CC, dado na base (neste caso 9,7 kOhm), é significativamente menor que a resistência DC no lado da base (neste caso ~ 100 kOhm). Mas aqui a resistência de entrada para frequências de sinal não é igual à resistência DC.

Considere o caminho do sinal: sinal de entrada Você está gera um sinal no emissor você é ~= você está dentro, então o incremento da corrente que flui através do resistor de polarização R3, vai ser eu = (você está dentro – você é)/R3~= 0, ou seja, Z em = você está dentro /eu inseri) ~=

Descobrimos que a resistência de entrada (shunt) do circuito de polarização é muito alta para frequências de sinal .

Outra abordagem para análise de circuitos baseia-se no fato de que a queda de tensão em um resistor R3 para todas as frequências do sinal é o mesmo (já que a tensão entre seus terminais muda igualmente), ou seja, é uma fonte de corrente. Mas a resistência da fonte atual é infinita. Na verdade, o valor real da resistência não é infinito, pois o ganho do seguidor é ligeiramente menor que 1. Isso se deve ao fato de que a queda de tensão entre a base e o emissor depende da corrente do coletor, que muda conforme o nível do sinal muda. . O mesmo resultado pode ser obtido se considerarmos o divisor formado pela resistência de saída no lado do emissor [ rE = 25/Eu K(mA) Ohm] e resistor de emissor. Se o ganho de tensão do repetidor for denotado UM (UM~= 1), então o valor da resistência efetiva R3 em frequências de sinal iguais R3 /(1 – UM). Na prática, o valor efetivo da resistência R3é aproximadamente 100 vezes maior que seu valor nominal, e a resistência de entrada é dominada pela resistência de entrada do transistor no lado da base. Em um amplificador inversor de emissor comum, uma conexão de rastreamento semelhante pode ser feita, uma vez que o sinal no emissor segue o sinal na base. Observe que o circuito divisor de tensão de polarização é alimentado por corrente alternada(em frequências de sinal) da saída do emissor de baixa impedância, portanto o sinal de entrada não precisa fazer isso.

Conexão servo na carga do coletor. O princípio do servoacoplamento pode ser usado para aumentar a resistência efetiva do resistor de carga do coletor se a cascata for carregada em um repetidor. Neste caso, o ganho de tensão da cascata aumentará significativamente [lembre-se que K U = – g m R K, Um g-m = 1/(R3 + rE)]·

Na Fig. A Figura 2.66 mostra um exemplo de estágio de saída push-pull com um servo link, construído de forma semelhante ao circuito repetidor push-pull discutido acima.

Arroz. 2,66. Servoacoplamento na carga coletora de um amplificador de potência, que é um estágio de carga.

Como a saída repete o sinal com base no transistor T2, capacitor COM cria uma conexão de rastreamento na carga do coletor do transistor T1 e mantém uma queda de tensão constante no resistor R2 na presença de um sinal (impedância do capacitor COM deve ser pequeno em comparação com R1 E R2 em toda a banda de frequência do sinal). Graças a isso, o resistor R2 torna-se semelhante a uma fonte de corrente, o ganho do transistor aumenta T1 tensão e mantém tensão suficiente na base do transistor T2 mesmo em valores de sinal de pico. Quando o sinal se aproxima da tensão de alimentação Controle de qualidade potencial no ponto de conexão do resistor R1 E R2 se torna mais do que Controle de qualidade, graças à carga acumulada pelo capacitor COM. Além disso, se R1 = R2(uma boa opção para escolha de resistores), então o potencial no ponto de sua conexão ultrapassará Controle de qualidade 1,5 vezes no momento em que o sinal de saída se torna igual Controle de qualidade. Este circuito ganhou grande popularidade no desenvolvimento de amplificadores domésticos de baixa frequência, embora uma fonte de corrente simples tenha vantagens sobre um circuito servo, pois não há necessidade de usar um elemento indesejável - um capacitor eletrolítico - e fornece melhores características em baixas frequências.

Se tomarmos, por exemplo, um transistor MJE3055T tem uma corrente máxima de 10A e o ganho é de apenas cerca de 50, respectivamente, para que abra completamente é necessário bombear cerca de duzentos miliamperes de corrente na base; Uma saída MK normal não aguenta tanta coisa, mas se você conectar um transistor mais fraco entre eles (algum tipo de BC337) capaz de puxar esses 200mA, então fica fácil. Mas isso é para que ele saiba. E se você tiver que fazer um sistema de controle com lixo improvisado - isso será útil.

Na prática, pronto conjuntos de transistores. Externamente, não é diferente de um transistor convencional. O mesmo corpo, as mesmas três pernas. Só que ele tem muita potência e a corrente de controle é microscópica :) Nas listas de preços eles geralmente não se incomodam e escrevem simplesmente - um transistor Darlington ou um transistor composto.

Por exemplo um casal BDW93C(NPN) e BDW94С(PNP) Aqui está a estrutura interna da ficha técnica.

Além disso, existem Assembleias de Darlington. Quando vários são embalados em um pacote de uma só vez. Uma coisa indispensável quando você precisa dirigir algum poderoso display LED ou motor de passo (). Um excelente exemplo de tal construção - muito popular e facilmente disponível ULN2003, capaz de arrastar até 500 mA para cada um de seus sete conjuntos. As saídas são possíveis incluir em paralelo para aumentar o limite atual. No total, um ULN pode transportar até 3,5 A através de si mesmo se todas as suas entradas e saídas estiverem paralelizadas. O que me deixa feliz é que a saída fica em frente à entrada, é muito conveniente passar a prancha por baixo dela. Diretamente.

A ficha técnica mostra a estrutura interna deste chip. Como você pode ver, também existem diodos de proteção aqui. Apesar de serem desenhados como se fossem amplificadores operacionais, a saída aqui é do tipo coletor aberto. Ou seja, ele só pode causar curto-circuito no solo. O que fica claro na mesma folha de dados se você observar a estrutura de uma válvula.