Меню
Радиоэлектроника для начинающих

Составной транзистор

Особенности и области применения составных транзисторов

Составной транзистор Составной транзистор

Если открыть любую книгу по электронной технике, сразу видно как много элементов названы по именам их создателей: диод Шоттки, диод Зенера (он же стабилитрон), диод Ганна, транзистор Дарлингтона. Инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington) экспериментировал с коллекторными двигателями постоянного тока и схемами управления для них. В схемах использовались усилители тока.

Инженер Дарлингтон изобрёл и запатентовал транзистор, выполненный из двух биполярных транзисторов на одном кристалле кремния и диффундированными n (негатив) и p (позитив) переходами. Новый транзистор был назван его именем.

В отечественной технической литературе транзистор Дарлингтона называют составным транзистором. Итак, что же представляет собой составной транзистор?

Устройство составного транзистора.

Это два транзистора на одном кристалле и в общем корпусе. Там же находится нагрузочный резистор в цепи эмиттера первого транзистора. У транзистора Дарлингтона те же выводы, что и у биполярного транзистора – база (base), эмиттер (emitter), коллектор (collector).

Схема составного транзистора (транзистор Дарлингтона)
"Схема составного транзистора (транзистор Дарлингтона)

Как видим, составной транзистор представляет собой комбинацию нескольких транзисторов. В зависимости от сложности и мощности в составе такого транзистора может быть и более двух биполярных транзисторов. Стоит отметить, что в высоковольтной электронике также применяется транзистор, состоящий из биполярного и полевого транзистора. Это IGBT транзистор. Его также можно причислить к составным.

Основные особенности составного транзистора.

Основное достоинство составного транзистора это большой коэффициент усиления по току. Следует вспомнить один из основных параметров биполярного транзистора. Это коэффициент усиления (h21). Он ещё обозначается буквой β («бета») греческого алфавита. Он всегда больше или равен 1. Если коэффициент усиления первого транзистора равен 120, а второго 60 то коэффициент усиления составного транзистора равен произведению этих величин, то есть 7200, а это для транзистора очень даже неплохо. В результате достаточно очень небольшого тока базы, чтобы транзистор открылся.

Инженер Шиклаи (Sziklai) несколько видоизменил соединение Дарлингтона и получил транзистор, который назвали комплементарный транзистор Дарлингтона. Вспомним, что комплементарной парой транзисторов называют два транзистора с абсолютно одинаковыми электрическими параметрами, но разной проводимости. Такой парой в своё время были КТ315 и КТ361. В отличие от транзистора Дарлингтона, составной транзистор по схеме Шиклаи собран из биполярных транзисторов разной проводимости: p-n-p и n-p-n. Вот пример составного транзистора по схеме Шиклаи, который работает как транзистор с n-p-n проводимостью, хотя и состоит из двух транзисторов различной структуры.

Комплементарный транзистор Дарлингтона (схема Шиклаи)
Комплементарный транзистор Дарлингтона (схема Шиклаи)

К недостаткам составных транзисторов следует отнести невысокое быстродействие, поэтому они нашли широкое применение только в низкочастотных схемах. Составные транзисторы прекрасно зарекомендовали себя в выходных каскадах мощных усилителей низкой частоты, в схемах управления электродвигателями, в коммутаторах электронных схем зажигания автомобилей.

Хорошо зарекомендовал себя для работы в электронных схемах зажигания мощный n-p-n транзистор Дарлингтона BU931.

Цоколёвка и структура транзистора BU931

Основные электрические параметры:

  • Напряжение коллектор – эмиттер 500 V;

  • Напряжение эмиттер – база 5 V;

  • Ток коллектора – 15 А;

  • Ток коллектора максимальный – 30 А;

  • Мощность рассеивания при 250С – 135 W;

  • Температура кристалла (перехода) – 1750С.

На принципиальных схемах нет какого-либо специального значка-символа для обозначения составных транзисторов. В подавляющем большинстве случаев составной транзистор на схеме обозначается как обычный транзистор. Хотя бывают и исключения. Вот одно из возможных обозначений составного транзистора на принципиальной схеме.

Обозначение транзистора Дарлингтона на схеме

Напомним, что составные транзисторы могут иметь как p-n-p структуру, так n-p-n. В связи с этим, производители электронных компонентов выпускают комплементарные пары составных транзисторов. К таким можно отнести составные транзисторы серии TIP120-127 и MJ11028-33. Так, например, транзисторы TIP120, TIP121, TIP122 имеют структуру n-p-n, а TIP125, TIP126, TIP127 - p-n-p.

Также на принципиальных схемах можно встретить и вот такое обозначение составного транзистора.

Обозначение составного транзистора на схеме

Примеры применения составного транзистора.

Рассмотрим схему управления коллекторным двигателем с помощью транзистора Дарлингтона.

Схема управления двигателем на базе транзистора Дарлингтона

При подаче на базу первого транзистора тока порядка 1мА через его коллектор потечёт ток уже в 1000 раз больше, то есть 1000мА. Получается, что несложная схема обладает приличным коэффициентом усиления. Вместо двигателя можно подключить электрическую лампочку или реле, с помощью которого можно коммутировать мощные нагрузки.

Если вместо транзистора Дарлингтона использовать сборку Шиклаи то нагрузка подключается в цепь эмиттера второго транзистора и соединяется не с плюсом, а с минусом питания.

Если совместить транзистор Дарлингтона и сборку Шиклаи, то получится двухтактный усилитель тока. Двухтактным он называется потому, что в конкретный момент времени открытым может быть только один из двух транзисторов, верхний или нижний. Данная схема инвертирует входной сигнал, то есть выходное напряжение будет обратно входному.

Двухтактный усилитель тока (Дарлингтон + Шиклаи)

Это не всегда удобно и поэтому на входе двухтактного усилителя тока добавляют ещё один инвертор. В этом случае выходной сигнал в точности повторяет сигнал на входе.

Применение составных транзисторов в микросхемах.

Широко используются интегральные микросхемы, содержащие несколько составных транзисторов. Одной из самых распространённых является интегральная сборка L293D. Её частенько применяют в своих самоделках любители робототехники. Микросхема L293D - это четыре усилителя тока в общем корпусе. Поскольку в рассмотренном выше двухтактном усилителе всегда открыт только один транзистор, то выход усилителя поочерёдно подключается или к плюсу или к минусу источника питания. Это зависит от величины входного напряжения. По сути дела мы имеем электронный ключ. То есть микросхему L293 можно определить как четыре электронных ключа.

Вот «кусочек» схемы выходного каскада микросхемы L293D, взятого из её даташита (справочного листа).

Выходной каскад микросхемы L293D

Как видим, выходной каскад состоит из комбинации схем Дарлингтона и Шиклаи. Верхняя часть схемы - это составной транзистор по схеме Шиклаи, а нижняя часть – это составной транзистор по схеме Дарлингтона.

Многие помнят те времена, когда вместо DVD-плееров были видеомагнитофоны. И с помощью микросхемы L293 осуществлялось управление двумя электродвигателями видеомагнитофона, причём в полнофункциональном режиме. У каждого двигателя можно было управлять не только направлением вращения, но подавая сигналы с ШИМ контроллера можно было в больших пределах управлять скоростью вращения.

 

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Copyright © www.Go-Radio.ru