Komposiittitransistori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25.5.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Yhdistelmätransistori on kahden (tai useamman) bipolaaritransistorin , kenttätransistorin tai IGBT -transistorin sähköinen liitäntä niiden sähköisten ominaisuuksien parantamiseksi. Näitä piirejä ovat ns. Darlington - pari, Shiklai-pari, cascode -transistorikytkentäpiiri, ns. virtapeilipiiri jne.

Pari Darlingtoneja

Komposiitti Darlington-transistorin (tai piirin) (usein Darlington-pari) ehdotti vuonna 1953 Bell Laboratoriesin insinööri Sidney Darlington . Piiri on kahden (harvemmin kolmen tai useamman) bipolaarisen [1] transistorin kaskadikytkentä , jotka on kytketty siten, että edellisen vaiheen emitteripiirin kuorma on seuraavan asteen transistorin kanta-emitteri-siirtymä ( eli edellisen transistorin emitteri on kytketty seuraavan), ja transistorien kollektorit on kytketty. Tässä piirissä edellisen transistorin emitterivirta on seuraavan transistorin kantavirta.

Darlington - parin virran vahvistus on erittäin suuri ja on suunnilleen yhtä suuri kuin tällaisen parin muodostavien transistorien virtavahvistukset. Tehokkailla transistoreilla, jotka on kytketty Darlington-paripiirin mukaan ja jotka on rakenteellisesti valmistettu yhdessä paketissa (esim. KT825-transistori), on taattu virranvahvistus normaaleissa käyttöolosuhteissa vähintään 750 [2] .

Pienitehoisille transistoreille kootuille Darlington-pareille tämä kerroin voi olla 50 000 .

Suuri virran vahvistus ohjaa komposiittitransistorin ohjaustuloon syötettyä pientä virtaa, lähtövirtoja, jotka ylittävät tulovirran useilla suuruusluokilla.

On myös mahdollista saavuttaa virranvahvistuksen lisääminen vähentämällä pohjan paksuutta transistorin valmistuksen aikana, tällaisia transistoreja tuottaa teollisuus ja niitä kutsutaan "superbeta-transistoreiksi", mutta niiden valmistusprosessissa on tiettyjä teknisiä ominaisuuksia. vaikeuksia ja tällaisilla transistoreilla on erittäin alhaiset kollektorin käyttöjännitteet, jotka eivät ylitä muutamaa volttia. Esimerkkejä superbeta-transistoreista ovat yksittäisten transistorien sarjat KT3102, KT3107. Tällaiset transistorit yhdistetään kuitenkin joskus Darlington-piiriin. Siksi suhteellisen suurivirta- ja suurjännitepiireissä, joissa ohjausvirtaa on vähennettävä, käytetään Darlington- tai Shiklai-pareja.

Joskus Darlington-piiriä kutsutaan myös väärin "superbeta-transistoriksi" [3] .

Komposiitti Darlington-transistoreja käytetään suurvirtapiireissä, kuten lineaarisissa jännitteensäädinpiireissä , tehovahvistimen lähtöportaissa ) ja vahvistimen tuloportaissa, jos vaaditaan suurta tuloimpedanssia ja pieniä tulovirtoja.

Komposiittitransistorissa on kolme sähköistä liitintä, jotka vastaavat tavanomaisen yksittäisen transistorin kanta-, emitteri- ja kollektoriliittimiä. Joskus piiri käyttää resistiivistä kuormaa tulotransistorin emitteriin nopeuttaakseen lähtötransistorin sammumista ja vähentääkseen tulotransistorin alkuvirran vaikutusta, kuten kuvassa.

Darlington-paria pidetään sähköisesti yleisesti yhtenä transistorina, jonka virran vahvistus transistorien toimiessa lineaarisessa tilassa on suunnilleen yhtä suuri kuin kaikkien transistorien, esimerkiksi kahden, vahvistusten tulo:

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

missä on Darlington-parin virtavahvistus, ovat parin transistorien virtavahvistus. $\beta _{D}$ $\beta _{1},$ $\beta _{2}$

Osoitetaan, että komposiittitransistorilla on todellakin kerroin , joka on paljon suurempi kuin sen molemmilla transistoreilla. Analyysi suoritettiin piirille ilman emitterivastusta (katso kuva). $\beeta$ $R_{1}$

Minkä tahansa transistorin emitterivirta kantavirran läpi on kannan staattinen virransiirtokerroin ja 1. Kirchhoffin säännöstä alkaen se ilmaistaan kaavalla $I_{\text{E))$ $I_{\text{B)),$ $\beeta$

I_{\text{E}}=I_{\text{B}}+I_{\text{C}}=I_{\text{B}}+I_{\text{B}}\cdot \ beta =I_{\text{B}}\cdot (1+\beta ),

missä on kollektorin virta.

I_{\text{C))

Koska emitterivirta toisen transistorin , jälleen 1. Kirchhoff-säännöstä on yhtä suuri $I_{\text{E2))$

I_{\text{E2}}=I_{\text{B1}}+I_{\text{C1}}+I_{\text{C2}}),

missä on 1. transistorin kantavirta, ovat transistorien kollektorivirrat. $I_{\text{B1))$ $I_{\text{C1)),$ $I_{\text{C2))$

Meillä on:

\beta _{D}=\beta _{1}+\beta _{2}+\beta _{1}\cdot \beta _{2},

missä ovat kannan staattiset virransiirtokertoimet transistorien 1 ja 2 kollektorille. $\beta _{1},$ $\beta _{2},$

Koska transistoreilla on $\beta \gg 1,$ $\beta _{D}\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2}.$

Kertoimet ja eroavat jopa käytettäessä paria transistoreita, jotka ovat täysin identtisiä kaikissa parametreissa, koska emitterin virta on useita kertoja suurempi kuin emitterivirta (tämä seuraa ilmeisestä yhtäläisyydestä ja staattisesta virransiirtokertoimesta). transistori riippuu merkittävästi kollektorivirrasta ja voi vaihdella monta kertaa eri virroilla [4] ). $\beta_{1}$ $\beta _{2}$ $I_{\text{E2))$ ${\displaystyle 1+\beta _{2))$ $I_{\text{E1))$ $I_{\text{B2}}=I_{\text{E1)),$

Shiklai-pari

Darlington-pari on samanlainen kuin transistorien kytkentä Sziklai-kaavion mukaisesti ( englanniksi Sziklai pair ), joka on nimetty sen keksijän George C. Shiklain mukaan (sellainen sukunimen translitterointi korjattiin vahingossa - unkarin kielen sääntöjen mukaan , sukunimi lausutaan nimellä Siklai), jota joskus kutsutaan myös komplementaariseksi Darlington-transistoriksi [5] . Toisin kuin Darlington-piiri, joka koostuu kahdesta saman tyyppisestä johtavuustransistorista, Shiklai-piiri sisältää erityyppisiä johtavuustransistoreita (pnp ja npn).

Kuvassa näkyvä Shiklai-pari vastaa sähköisesti suuritehoista npn-transistoria. Tulojännite on transistorin Q1 kannan ja emitterin välinen jännite, ja kyllästysjännite on vähintään yhtä suuri kuin jännitehäviö diodin yli [ määritä ] . Pienen resistanssin omaava vastus on yleensä kytketty transistorin Q2 kannan ja emitterin väliin. Tällaista järjestelmää käytetään esimerkiksi Lin-vahvistimen eri versioissa , joiden lähtövaiheessa on asennettu saman johtavuuden omaavat transistorit.

Kaskokoodikaavio

Komposiittitransistorille, joka on valmistettu ns. cascode-piirin mukaan, on tunnusomaista se, että transistori T1 on kytketty piirin mukaan yhteisellä emitterillä ja transistori T2 - piirin mukaan, jolla on yhteinen kanta. Tällainen komposiittitransistori vastaa yksittäistä transistoria, joka on kytketty yhteisen emitteripiirin mukaan, mutta samalla sillä on paljon paremmat taajuusominaisuudet, korkea lähtöimpedanssi ja suurempi lineaarialue, eli se vääristää lähetettyä signaalia vähemmän. Koska tulotransistorin kollektoripotentiaali pysyy käytännössä muuttumattomana, tämä vaimentaa merkittävästi Millerin efektin ei-toivottua vaikutusta ja laajentaa toimintataajuusaluetta.

Yhdistelmätransistoreiden edut ja haitat

Komposiittitransistoreiden suuret vahvistusarvot toteutuvat vain staattisessa tilassa, joten komposiittitransistoreja käytetään laajalti operaatiovahvistimien tulovaiheissa. Korkeilla taajuuksilla olevissa piireissä komposiittitransistoreilla ei enää ole tällaisia etuja - virran vahvistuksen katkaisutaajuus ja komposiittitransistorien nopeus ovat pienempiä kuin samat parametrit kullekin transistoreille VT1 ja VT2 .

Yhdistelmäparien Darlington ja Shiklai edut:

Suuri virran vahvistus.
Darlington-piiri valmistetaan osana integroituja piirejä ja samalla virralla piikiteen pinnalla olevan parin pinta-ala on pienempi kuin yhden bipolaarisen transistorin pinta-ala.
Niitä käytetään suhteellisen korkeilla jännitteillä.

Komposiittitransistorin haitat:

Alhainen suorituskyky, erityisesti avaintilassa siirtymisen aikana avoimesta suljettuun. Siksi komposiittitransistoreja käytetään pääasiassa matalataajuisissa näppäin- ja vahvistuspiireissä, jotka toimivat lineaarisessa tilassa. Korkeilla taajuuksilla niiden taajuusparametrit ovat huonommat kuin yhden transistorin.
Darlington-piirin komposiittitransistorin suorajännitehäviö Ube on lähes kaksi kertaa suurempi [ 6 ] kuin yksittäisen transistorin, ja piitransistoreilla se on välillä 0,6 - 1,4 V, koska se on yhtä suuri kuin summa. jännitehäviöistä eteenpäin esijännitetyissä pn-liitoksissa kaksi transistoria.
Suuri kollektori-emitterikyllästysjännite piitransistorille , noin 0,9 V (verrattuna 0,2 V perinteisille transistoreille) pienitehoisille transistoreille ja noin 2 V suuritehoisille transistoreille, koska se ei voi olla pienempi kuin jännitehäviö eteenpäin esijännitteessä pn-liitos plus jännitehäviö kylläisen tulotransistorin yli.

Kuormavastuksen R1 käyttö mahdollistaa joidenkin komposiittitransistorin ominaisuuksien parantamisen. Vastuksen arvo valitaan siten, että transistorin VT1 kollektori-emitterivirta suljetussa tilassa (alkukollektorivirta) saa aikaan vastuksen yli jännitehäviön, joka ei riitä avaamaan transistoria VT2 . Siten transistorin VT1 vuotovirta ei vahvistu transistorin VT2 toimesta , mikä vähentää suljetussa tilassa olevan komposiittitransistorin kokonaiskollektori-emitterivirtaa. Lisäksi vastuksen R1 käyttö auttaa lisäämään komposiittitransistorin nopeutta pakottamalla transistorin sulkeutumaan, koska VT2 -kantaaseen kertyneet vähemmistökantajat , kun se on lukittu saturaatiotilasta, eivät vain liukene, vaan myös valuvat läpi. tämä vastus. Tyypillisesti resistanssiksi R1 valitaan satoja ohmeja suuritehoisessa Darlington-transistorissa ja muutama kiloohmi pienitehoisessa Darlington-transistorissa. Esimerkki Darlington-piiristä, joka on tehty yhdessä pakkauksessa sisäänrakennetulla emitterivastuksella, on tehokas KT827-tyyppinen npn Darlington-transistori, sen tyypillinen virranvahvistus on noin 1000 kollektorivirralla 10 A.

Muistiinpanot

↑ Kenttätransistoreja , toisin kuin bipolaarisia, ei käytetä komposiittikytkennässä, koska niillä on korkea tuloresistanssi, niitä ohjataan jännitteellä, ei virralla, ja tällainen sisällyttäminen on epäkäytännöllistä.
↑ KT825-transistorin tekninen tietolehti Arkistoitu 8. joulukuuta 2014 Wayback Machinelle .
↑ Superbeta- (super-β) -transistoreiksi kutsutaan transistoreiksi, joilla on erittäin suuri virranvahvistus, joka saadaan erittäin pienestä pohjapaksuudesta, ei komposiittiinkluusiosta. Tällöin yksittäisen transistorin käyttökantavirta voidaan pienentää kymmeniin pA:iin. Tällaisia transistoreita käytetään operaatiovahvistimien ensimmäisessä vaiheessa erittäin pienillä tulovirroilla, esimerkiksi tyypit LM111 ja LM316.
↑ Stepanenko I.P. Transistorien ja transistoripiirien teorian perusteet . - 4. painos, tarkistettu. ja muita .. - M . : Energy, 1977. - S. 233, 234. - 672 s.
↑ Horowitz P., Hill W. Piirien taito : 3 osassa: Per. Kanssa. Englanti - 4. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M .: Mir, 1993. - T. 1. - S. 104, 105. - 413 s. – 50 000 kappaletta. — ISBN 5-03-002337-2 .
↑ Tämä ei ole aina (ei kaikissa sovelluksissa) haitta, mutta aina ominaisuus, joka on otettava huomioon tasavirtapiiriä laskettaessa ja joka ei salli yksittäisen transistorin korvaamista suoraan komposiitti Darlingtonilla.

Elektroniset komponentit
Passiivinen	Vastus Muuttuva vastus Trimmerin vastus Varistori valovastus Kondensaattori säädettävä kondensaattori Trimmerin kondensaattori Varikond Induktori Muuntaja Kvartsi resonaattori Sulake Nollattava sulake Memristor vaihtokauppa
Aktiivinen kiinteä tila	Diodi Valodiodi Valodiodi laserdiodi Schottky diodi zener diodi Stabistori Varicap Magnetodiodi Diodi silta Gunn diodi tunneli diodi Avalanche diodi Lumivyörydiodi Transistori bipolaarinen transistori Kenttätransistori CMOS-transistori unijunction transistori Valotransistori Komposiittitransistori ballistinen transistori Integroitu virtapiiri Digitaalinen integroitu piiri Analoginen integroitu piiri Analoginen-digitaalinen integroitu piiri integroitu hybridipiiri Tyristori Triac Dinistor fototyristori Optoerotin ( vastus optoerotin ) Hall anturi
Aktiivinen tyhjiö ja kaasupurkaus	Tyhjiölamput Sähkötyhjiödiodi ( Kenotron ) Triodi tetrodi palkki tetrodi Pentode heksod Heptod ( Pentagrid ) lokakuu Nonod mekatroni Purkauslamput zener diodi Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decathron Magnetron Klystron Amplitron ( Platinotron ) Matkustava aaltolamppu Backwave lamppu Katodisädeputki
Näyttölaitteet	Katodisädeputki LCD-näyttö Valodiodi Purkauksen ilmaisin Tyhjiöfluoresoiva ilmaisin Blinker tulostaulu Seitsemän segmentin ilmaisin Matriisi-indikaattori Kineskooppi
Akustinen	Mikrofoni Kaiutin Venymämittari Pietsokeraaminen emitteri Summeri puhelinkapseli
Lämpösähköinen	Termistori Termopari Peltier-elementti

Transistorivahvistimet _
Bipolaariset transistorit	yhteinen säteilijä yhteisellä jakoputkella yhteisellä pohjalla
FETit	yhteisellä viemärillä yhteisellä lähteellä yhteisellä sulkimella
Transistorin vaiheet	Darlington-pari ("komposiitti" transistori) Shiklai-pari Differentiaalikaskadi Cascode vahvistin