Съставен транзистор

Съставният транзистор е електрическа връзка на два или повече транзистора за подобряване на техните електрически характеристики. Тези схеми включват така наречените транзистор Дарлингтън, транзистор Сиклай, транзистори с вградени резистори (RET), ламбда диоди, пушпулна и иференциална двойка транзистори, токово огледало, каскодна транзисторна схема и други.

Транзистор Дарлингтън

Транзистор Дарлингтън или Дарлингтънов транзистор е електронна схема, състояща се от два (рядко три или повече) каскадно свързвани биполярни транзистора, като емитерът на предишния транзистор е свързан с базата на следващия. Най-често е съставен от два транзистора, наречени двойка Дарлингтън или Дарлингтънова двойка. Колекторите на двата транзистора са свързани заедно. Така емитерният ток на първия транзистор е базовият ток на втория и токът, усилен от предишния транзистор, се усилва допълнително от следващия. Тази конфигурация има много по-голямо усилване по ток, отколкото всеки транзистор, взет поотделно. Тя действа като единичен транзистор и често е опакована като такъв. Изобретена е през 1953 г. от Сидни Дарлингтън, инженер от Лаборатории Бел.

Съставни транзистори „двойка Дарлингтън“ тип NPN

Дарлингтъновата двойка се разглежда електрически като единичен транзистор, чието усилване по ток е приблизително равно на произведението от усилванията на съставящите транзистори, когато те работят в линеен режим:

$\beta _{D}\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2},$

където $\beta _{D}$ е усилването по ток на Дарлингтъновата двойка, $\beta _{1}$ и $\beta _{2}$ са усилванията по ток на транзисторите в двойката.

Коефициентите $\beta _{1}$ и $\beta _{2}$ се различават дори в случай на използване на двойка транзистори, които са абсолютно идентични по всички параметри, тъй като емитерният ток $I_{\text{E2}}$ е $1+\beta _{2}$ пъти по-голям от емитерния ток $I_{\text{E1}}$ (това следва от очевидното равенство $I_{\text{B2}}=I_{\text{E1}},$ а статичният коефициент на усилване по токо на транзистора зависи значително от колекторния ток и може да се различава многократно при различни токове).

Токовото усилване на Дарлингтъновия транзистор е много високо. Мощните транзистори, конфигурирани като двойка Дарлингтън и произведени в един корпус (напр. транзисторът KT825), имат гарантирано усилване по ток от поне 750 при нормални работни условия. За двойки Дарлингтън, сглобени от транзистори с ниска мощност, това усилване може да достигне 50 000. Високото усилване по ток позволява контрол на изходните токове с няколко порядъка по-големи от входния ток с малък ток, приложен към управляващия вход на съставния транзистор. В схеми с относително висок ток и високо напрежение, където се изисква намаляване на управляващия ток, се използват двойки Дарлингтън или двойки Сиклай. Съставният транзистор има три електрически извода, които са еквивалентни на базовия, емитерния и колекторния извод на конвенционален единичен транзистор. Понякога, за да се ускори изключването на изходния транзистор и да се намали влиянието на началния ток на входния транзистор, се използва резистивен товар върху емитера на входния транзистор, както е показано на средната фигура.

Дарлингтънов NPN транзистор MJ1000 с диод: горен извод – емитер, долен извод – база, корпус – колектор (корпус TO-3, капакът е свален).

Силиконов чип TIP122 на Дарлингтънов NPN транзистор

Двойка Дарлингтън с резистор като товар на транзистора VT1

Може да се използва също вграден диод и изпълнение като чип (фигурите вляво и вдясно).

Понякога схемата на Дарлингтън неправилно се нарича „супербета транзистор“. Супербета (супер-β) транзисторите имат изключително високо усилване по ток, постигнато чрез много тънка база, а не чрез композитна връзка. Увеличаването на усилването по ток може се постига чрез намаляване на дебелината на базата по време на производството на транзистора. Такива транзистори са търговски достъпни, но производственият им процес представлява определени технологични трудности и имат много ниски работни напрежения на колектора, ненадвишаващи няколко волта. В същото време, работният базов ток на един транзистор може да бъде намален до десетки pA. Такива транзистори се използват в първия етап на операционни усилватели с ултраниски входни токове, като например типовете LM111 и LM316. Примери за супер-бета транзистори включват серията единични транзистори KT3102 и KT3107. Въпреки това, дори тези транзистори понякога се комбинират в схема на Дарлингтън.

Съставните транзистори Дарлингтън се използват в схеми с висок ток, като например линейни регулатори на напрежение, изходни каскади на усилватели на мощност и входни каскади на усилватели, където се изисква високо входно съпротивление и ниски входни токове.

Транзистор Сиклай

Подобна на Дарлингтъновата двойка е двойката Сиклай, кръстена на своя изобретател унгареца Джордж К. Сиклай, понякога наричана още комплементарен Дарлингтънов транзистор. Тук обаче се свързва колекторът на първия транзистор с базата на втория, а емитерът е общ. За разлика от Дарлингтъновата двойка, която се състои от два транзистора с един и същ тип проводимост, Сиклайовата двойка съдържа транзистори с различни типове проводимост (p-n-p и n-p-n).

Двойка Сиклай, еквивалентна на
n-p-n транзистор

Показаната на фигурата Сиклайова двойка е електрически еквивалентна на n-p-n транзистор с висок коефициент на усилване. Входното напрежение е напрежението между базата и емитера на транзистор Q1, така че напрежението на насищане база-емитер на сдвоения транзистор съответства на напрежението на насищане база-емитер на входния транзистор Q1. Обикновено между базата и емитера на транзистор Q2 е свързан резистор с ниско съпротивление. Такава схема се използва в различни усилватели на Лин, в изходния каскад на които са инсталирани транзистори с еднаква проводимост.

Пушпулна двойка

Пушпулна двойка комплементарни PNP и NPN биполярни транзистори, свързани като емитерни повторители

Пушпулна двойка е съчетание на два транзистора, които последователно подават ток към свързан товар или поемат ток от него. Схемата се нарича двутактна. Този вид усилвател може да подобри както товароносимостта, така и скоростта на превключване. Пушпулни двойки се срещат в TTL и CMOS цифрови логически схеми и в някои видове усилватели и обикновено се реализират чрез комплементарна двойка транзистори, единият от които разсейва или поглъща ток от товара към земя или отрицателно захранване, а другият доставя или генерира ток към товара от положително захранване.

Диференциална двойка

Диференциална двойка транзистори в схеми със
симетричен вход

Симетричен изход

Несиметричен изход

Диференциална двойка транзистори е свързване на емитерите на два транзистора. Базите и колекторите им са отделни входове и изходи на схемата. Двойката е съставна част на диференциално стъпало. Има различни варианти схеми според свързването на входовете и изходите: симетрични, несиметрични и инвертиращи.

Диференциална двойка транзистори в схеми с
несиметричен вход

Симетричен изход

Инвертиращ изход

Неинвертиращ изход

Токово огледало

Токово огледало

Каскоден биполярен транзистор

Каскоден полеви транзистор

Каскодна схема

Каскодна схема на съставен транзистор е свързване на емитера на първия транзистор с колектора на втория (при биполярни транзистори) или сорса/истока на първия с гейта/затвора на втория (при полеви транзистори). На средната схема транзистор T1 е свързан по схема с общ емитер, а транзистор T2 – по схема с обща база. Този съставен транзистор е еквивалентен на единичен транзистор, свързан по схема с общ емитер, но има значително по-добра честотна характеристика, висок изходен импеданс и по-широк линеен диапазон, което означава, че изкривява по-малко предавания сигнал. Тъй като колекторният потенциал на входния транзистор остава практически постоянен, това значително потиска нежеланото влияние на ефекта на Милър и разширява работния честотен диапазон.

Биполярно-полеви транзистор

Вътрешна структура на БПТИГ

Биполярно-полевият транзистор с изолиран гейт (БПТИГ, IGBT транзистор) е съставен транзистор от полеви транзистор с изолиран гейт, управляващ биполярен транзистор. Той е подобие на Дарлингтъновия транзистор, но с различни типове транзистори, като са свързани сорсът (истокът, аналогичен на емитера) на първия транзистор с базата на втория. Използва се като силово електронно устройство, предназначено предимно за управление на електрически задвижвания.

Ламбда диод

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Ламбда диодът е комбинация от два полеви транзистора във вид на двухполюсник, който подобно на тунелен диод има значителна област с отрицателно диференциално съпротивление.

Достойнства и недостатъци на съставните транзистори

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Външни препратки

• Предимства и недостатъци на транзистора TIP122

Вижте също

• Транзистор
• Диференциален усилвател