Составной транзистор

Простое включение транзистора по схеме ОЭ, ОБ или ОК не всегда удовлетворяет разработчиков аппаратуры по каким-либо параметрам. Поэтому стали соединять транзисторы между собой без дополнительных пассивных элементов (резисторов, реактивных элементов). Простейшие соединения – это включение двух транзисторов по одной схеме: ОК-ОК, ОЭ-ОЭ, ОБ-ОБ. Такие схемы называют составными транзисторами или схемами Дарлингтона.

Последующие разработки – это соединение транзисторов по разным схемам: ОЭ-ОБ, ОЭ-ОК, ОБ-ОК, ОБ-ОЭ, ОК-ОЭ, ОК-ОБ. Такие схемы называются каскодами. Практикуют как последовательное, так и параллельное включение транзисторов в каскод относительно источника питания.

Часто в схемах используют параллельное включение двух и более транзисторов или так называемый «параллельный» транзистор. Обычно «параллельный» транзистор используют для увеличения входной мощности.

В микроэлектронике получило широкое распространение соединение транзисторов с разной проводимостью. Их называют композитными транзисторами. Пример композитного транзистора:

Мы рассмотрим схему Дарлингтона, составной транзистор по схеме ОЭ.

Пусть меняется ток базы dI_б. Ясно, что dI_б= dI_б1. Изменение тока базы вызовет изменение тока I_э, т.е. dI_э1 причем dI_э1=dI_б2.

По закону Кирхгофа для транзистора I_э=I_б+I_к. Из формулы считая, что второй и третий члены малы получим I_к=βI_б. Подставим в ток эмиттера

I_э=I_б+βI_б=I_б(1+β).

Для нашего случая:

dI_э1=(1+β₁)dI_б1=dI_б2

dI_к=dI_к1+dI_к2=β₁dI_б1+β₂dI_б2=β₁dI_б1+ β₂(1+β₁)dI_б1

или .

Пример: .

Возвращаясь к схеме видим, что I_э1=I_б1. Выходной ток одного транзистора является входным током другого, т.е. транзисторы работают в разных режимах. Второй транзистор должен быть более мощным, чем первый. Если же они одинаковы, то для нормальной работы второго транзистора необходимо, чтобы первый транзистор работал в микрорежиме.

Сопротивление базы составного транзистора можно считать равным r_б1, т.е.

Сопротивление эмиттерного перехода найдем из выражения для

- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе.

Из теории транзисторов . Отсюда, приписав знак Σ:

Остается определить для составного транзистора. Из эквивалентной схемы входное сопротивление при коротком замыкании найдем исходя из U_б

Вспомним, что

Мы видим, что первый и третий члены одинаковы и имеем право записать:

Пример. I_б=20 мкА, , =150 Ом.

Т.е. - мало. Найдем

Воспользуемся параметром

Известно, что для схемы ОЭ

или .

Из эквивалентной схемы составного транзистора I_к складывается из четырех токов (не считая ): из токов через и и токов генераторов.

Выразим токи через напряжения и сопротивления, причем будем пренебрегать , т.к. оно включено последовательно с большим и .

Тогда все напряжение U_к приложено к двум параллельным цепям:

Первая -

Вторая -

Т.е. мы можем записать

Т.к. у нас две параллельные ветки, то напряжения в этих цепях одинаковы, а токи разные, а именно I_э1 и I_э2, причем I_э2= I_б2(1+β₂)= I_э1(1+β₂), т.е.

I_э2 в (1+β₂) раза больше I_э1,а резисторы наоборот должны иметь обратное соотношение во второй цепи резисторы в (1+β₂) раза должны быть меньше, или

тогда

т.к. обычно β₁=β₂. То же, но через

Обратный ток составного транзистора.

Он складывается из трех токов

(*)

Действительно,

является входным током второго транзистора и следовательно он усиливается вторым транзистором в β₂ раз.

Из формулы следует, что если транзисторы однотипны, то второе слагаемое в (*) больше, если второй транзистор более мощный, то сравним со вторым членом.

Зависимость от температуры.

подчиняется общим законам, т.е. необходимо помнить температуру удвоения T* (10°С). Однако, из-за второго члена в целом оказывается большим. Для уменьшения влияния используют кремниевые транзисторы. Иногда применяют схемные решения, например:

Однако, в последнем случае уменьшается усиление составного транзистора. Но все же резистор ставят, для облегчения режима работы второго транзистора, если они однотипные.

Достоинства – уменьшение за счет второго члена, облегчается режим работы второго транзистора.

Частотные свойства составного транзистора в равной степени определяются обоими транзисторами. Если граничная частота коэффициента усиления второго меньше, чем первого, то граничная частота составного транзистора определяется меньшей граничной частотой.

Число транзисторов в схеме Дарлингтона может быть больше двух.

Составной транзистор нашел очень широкое применение: стабилизаторы напряжения и тока, повторители, безтрансформаторные усилительные каскады (усилители мощности), интегральные схемы (операционные усилители) и т.д.