ГЛАВА IV ДВУХТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ

КАСКАДЫ

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=β I_б. Подставим в ток эмиттера

I_э=I_б+β I_б=I_б(1+β ).

Для нашего случая:

dI_э1=(1+β ₁)dI_б1=dI_б2

dI_к=dI_к1+dI_к2=β ₁dI_б1+β ₂dI_б2=β ₁dI_б1+ β ₂(1+β ₁)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

а

.

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+β ₂)= I_э1(1+β ₂), т.е.

I_э2 в (1+β ₂) раза больше I_э1, а резисторы наоборот должны иметь обратное соотношение во второй цепи резисторы в (1+β ₂) раза должны быть меньше, или

тогда

т.к. обычно β ₁=β ₂. 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 β ₂ 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.

 

Сложные повторители

Основное достоинство эмиттерного повторителя (ЭП) – это большое входное сопротивление, которое позволяет использовать ЭП для согласования многокаскадных усилителей, в качестве буферных каскадов.

Однако, величина входного сопротивления простого ЭП ограничена сверху. Поэтому разработчики аппаратуры нашли способ существенно улучшить характеристики ЭП путем различных схемных решений.

.

Из формулы видно, что есть два пути увеличения сопротивления – β и . увеличивать значительно нельзя, т.к. возникают трудности обеспечения режима по постоянному току (E_к=U_кэ+I_эR_э)

ЭП на составном транзисторе

 

Рис.4.5. Эмиттерный повторитель на составном транзисторе

 

Это принципиальная схема, в которой цепь обеспечения рабочей точки первого транзистора обозначена резистором RБ.

Входное сопротивление второго транзистора является нагрузкой первого. В схеме нет делителя в базовой цепи второго транзистора, но он и не нужен, т.к. рабочая точка первого транзистора задает постоянный выходной ток эмиттера первого транзистора такой величины, что второй транзистор работает в режиме усиления (режим А) автоматически.

Известно, что , а т.к. обычно , то усилителя близко к . Точное значение таково:

 

Мы видим, что максимальное входное сопротивление приблизительно такое же как у простого ЭП, но оно может быть получено при меньшем значении R_э||R_н. Намного ближе к единице и K_u, (не ниже 0, 995).

 

Результирующее выходное сопротивление сложного ЭП

, а для одинаковых токов эмиттеров транзисторов . Получить это сопротивление можно путем включения между базой и «землей» второго транзистора резистора R (речь идет об одинаковом режиме транзисторов при включении резистора).

Переходные и частотные свойства сложного ЭП аналогичны свойствам составного транзистора по схеме ОК и определяются меньшими граничными частотами, т.е. при разных по мощности транзисторах все определяется более мощным, имеющим худшие частотные свойства.

Недостатком схемы следует считать сильную зависимость от температуры из-за зависимости β и от температуры, причем эта зависимость значительно сильнее выражена, чем у простого ЭП.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: