Композитни транзистори
Композитен транзистор.Като усилващ елемент може да се използва не само един транзистор, но и комбинация от два или повече транзистора. Тази комбинация се наричакомпозитен транзистор. Тъй като композитният транзистор се счита за единичен RE, той има три електрода, еквивалентни на базата, емитера и колектора на конвенционален транзистор. Композитният транзистор има свойства, които са трудни или почти невъзможни за постигане в конвенционалните транзистори. Най-често композитният транзистор е комбинация от два транзистора с директна връзка между тях. Понякога това са не само каскадни транзистори, но и комбинации от транзистори и резистори, включени в базовата и емитерната верига.
Фигура 1.35 Схеми на композитен транзистор
Понастоящем композитните транзистори се използват широко в технологията за усилване: в аналогови интегрални схеми, в модерни усилватели с безтрансформаторен двутактен изход, в емитерни последователи с високи изходни токове и т.н. Композитните транзистори също се препоръчват да се използват в случай, когато не е възможно да се изберат транзистори с необходимите параметри, произведени от индустрията за конкретен усилвател.
Двойка Дарлингтън.Диаграмите на най-често използваните композитни транзистори са показани на фиг. 1.35. Най-широко използваната схема е Фиг. 3.6, a, известни в литературата катосхеми(илидвойки)Дарлингтън.
Двойка Дарлингтън може да бъде включена според схемата с OE (OK или OB, докато се използват транзистори типp-p-pилиp-p-p. Най-голям ефект има включването на композитен транзистор според схемата с OE и OK; във веригата с OBДвойките Дарлингтън се различават малко от усилването на конвенционален транзистор. Действително, от фиг.1.35aследва
, 3.1)
където е коефициентът на усилване по ток на веригата с ОЕ съответно на първия и втория транзистор. Тогава еквивалентното текущо усилване на двойката Дарлингтън е
. (3.2)
От (3.2) следва, че еквивалентното усилване на тока y (Darlington, когато е включено според веригата OE, е практически равно на произведението на печалбите на транзистора и. Но ако и имат стойности от 50-100, тогава \u003d (0,25-1) ,
По същия начин може да се покаже, че когато двойката Дарлингтън е включена според веригата cOB, полученото усилване на тока
. (3.3)
Ако транзисторите в двойка Дарлингтън са еднакви, тогава от (3.3) следва, че . Транзисторите в двойка Дарлингтън работят в различни режими; токът надвишава тока с около . Тъй като коефициентът на усилване силно зависи от режима на работа на транзистора, а транзисторътV2(фиг.3.6a) обикновено работи при нормален емитерен ток, коефициентът на усилване може да бъде значително по-нисък.Това ще доведе до еквивалентното усилване на двойката Дарлингтън да бъде по-малко от стойността, определена от (3.2). За да се изравнят токовете и успоредно на емитерния преход на транзистора, в двойките Дарлингтън е включен резистор, но това донякъде намалява еквивалентното усилване.
Фигура 1.36 Каскодна верига
Граничната честота на композитния транзистор, когато е включена във верига с OB, донякъде надвишава граничната честота на използвания високочестотен транзистор; за вериги с OE и OK граничната честота е малко по-ниска от граничната честота на използвания най-нискочестотен транзистор. Входното съпротивление на композитен транзистор в схеми с OE иОК с ниско съпротивление на натоварване е по-голямо от това на отделните транзистори.
На фиг. 1.35bпоказва диаграма на друг композитен транзистор с различни видове проводимостp-p-pиp-p-p. Както следва от посоките на получените токове, показани на фиг. 1.35BТози композитен транзистор е типpnp. Неговата текуща печалба, т.е. е практически равна на еквивалентната текуща печалба на двойка Дарлингтън.
Каскодна схема. Вариант на композитен транзистор е каскадна верига, която е последователно свързване на два транзистора в променлив ток (фиг. 1.36). Входният транзисторV1е свързан съгласно веригата OE, изходният транзистор е свързан съгласно веригата OB. Изходен ток към контейнера на композитния транзистор
.
Тогава еквивалентното усилване на тока е . Следователно усилването на емитерния ток при каскодно свързване се различава малко от съответното усилване на единичен транзисторV1.Входният импеданс на каскодния усилвател се определя от входното съпротивление на транзистораV1и не зависи от съпротивлението на товара; горната гранична честота зависи от параметъра на транзистораV1и съпротивлението на източника на сигнала. По този начин каскодната верига, в сравнение с конвенционалната усилваща каскада според схемата OE, не дава печалба в усилването и във входните и изходните съпротивления. Въпреки това каскодният усилвател има най-важното предимство - слаба връзка между изхода и входа на такъв композитен транзистор. Известно е, че наличието на капацитетCk и съпротивлениеrk между колектора и базата в конвенционален транзистор води до обратна връзка между изхода и входа на транзистора, което причинява редица неприятни последици в работата на усилвателя. Да, припри определени условия това може да доведе до самовъзбуждане на усилвателя; такава обратна връзка увеличава входния капацитет на стъпалото и следователно влошава неговата честотна характеристика.
А) б)
Фигура 1.37
Доброто отделяне на изхода и входа в каскодния усилвател се обяснява с факта, че натоварването на транзистораV1е ниското входно съпротивление на транзистораV2, свързан по ОВ веригата, т.е. транзисторътV1на каскодния усилвател работи почти в режим на късо съединение на колекторната верига. В този случай усилването на напрежението на транзистора е малко и следователно напрежението на обратната връзка от изхода на транзистораV1към неговия вход също е малко. От друга страна, капацитетът на колекторния преход има малък ефект върху входното напрежениеV2, тъй като основата на този транзистор е затворена към земята при висока честота. Всичко това драматично намалява обратната връзка между изхода и входа, повишава стабилността на усилвателя. В допълнение, в каскоден усилвател, нелинейното изкривяване е по-малко, отколкото в конвенционален усилвател, сглобен според OE веригата. Поради отбелязаните особености на работа, каскодният усилвател намери широко приложение, особено в резонансни каскади. Каскодният усилвател също е направен във версии на микросхема. Например, микросхемата K118UN2 (фиг. 1.37a) се състои от три транзистора, два от коитоV2иV3образуват каскоден усилвател OE-OB. Третият транзисторV1се използва за създаване на необходимия режим на работа на транзисторите в постоянен ток, той е свързан по веригата OE и е обхванат от обратна връзка по напрежение през резистораRL.capacitance is provided with AC grounding of the base of the transistorV2.The microcircuit can be used both with an internal load (resistorR5),and with external loads of various nature, connected between the outputs7and10,When a signal is applied to the output1of the transistorV1, its additional amplification is provided.
Схематична диаграма на етапа на усилване на междинната честота на чипа K118UN2 е показана на фиг. 1.37б. Натоварването на каскадния усилвател е селективната системаC5L2.Недостатъкът на последователно свързани каскодни вериги е необходимостта от по-високи захранващи напрежения в сравнение с конвенционалната каскада.