Складові транзистори
Складовий транзистор.Як підсилювальний елемент може бути застосований не тільки один транзистор, але й комбінація з двох або більше транзисторів. Така комбінація називаєтьсяскладовий транзистор. Оскільки складовий транзистор розглядається як єдиний УЕ, він має три електроди, еквівалентні базі, емітеру та колектору звичайного транзистора. Складовий транзистор має властивості, які одержати у звичайних транзисторах або важко, або практично неможливо. Найбільш часто складовий транзистор є комбінацією з двох транзисторів з безпосереднім зв'язком між ними. Іноді це не тільки каскадно-з'єднані транзистори, але й комбінації з транзисторів та резисторів, включених у ланцюг бази та емітера.
Малюнок 1.35 Схеми складених транзисторів
В даний час складові транзистори широко використовуються в підсилювальній техніці: в аналогових інтегральних схемах, в сучасних підсилювачах з безтрансформаторним двотактним виходом, в емітерних повторювачах з великими вихідними струмами і т. д. Складові транзистори доцільно використовувати і в тому випадку, коли для конкретного вдається підібрати транзистори з потрібними параметрами, що випускаються промисловістю.
Пара Дарлінгтона.Схеми найчастіше застосовуваних складових транзисторів показані па рис, 1.35. Найбільшого поширення набула схема рис. 3.6 а, відома в літературі під назвоюсхеми(абопари)Дарлінгтона.
Пару Дарлінгтона можна включати за схемою з ОЕ, (ОК або ПРО, використовуючи при цьому транзисторир-п-рпліп-р-птипу. Найбільший ефект дає включення складеного транзистора по схемою з ОЕ та ОК, у схемі з ПРО посиленняпари Дарлінгтон мало відрізняється від посилення звичайного транзистора. Справді, з рис.1.35авипливає
3.1)
де - Коефіцієнт посилення по струму схеми з ОЕ першого і другого транзисторів відповідно. Тоді еквівалентний коефіцієнт посилення струму пари Дарлінгтона
. (3.2)
З (3.2) випливає, що еквівалентний коефіцієнт посилення по струму (Дарлінгтона при включенні її за схемою з ОЕ практично дорівнює добутку коефіцієнтів посилення транзисторів і. Але якщо і мають значення 50-100, то = (0,25-1)).
Аналогічно можна показати, що при включенні пари Дарлінгтона по схемесОБ, результуючий коефіцієнт посилення струму
. (3.3)
Якщо транзистори в парі Дарлінгтона однакові, то (3.3) випливає що . Транзистори у парі Дарлінгтона працюють у різних режимах; струм перевищує струм приблизно . Оскільки коефіцієнт посилення сильно залежить від режиму роботи транзистора, а транзисторV2(рис.3.6а) зазвичай працює при нормальному емітерному струмі, то коефіцієнт посилення може бути істотно нижчим. що еквівалентний коефіцієнт посилення пари Дарлінгтона буде меншим порівняно зі значенням, що визначається (3.2). Для вирівнювання струмів і паралельно емітерному переходу транзистора в пари Дарлінгтон включають резистор, проте це дещо знижує еквівалентне посилення.
Малюнок 1.36 Каскодна схема
Гранична частота складеного транзистора при включенні його в схему з ПРО дещо перевищує граничну частоту найбільш високочастотного із застосованих транзисторів; для схем з ОЕ і ОК гранична частота виявляється дещо нижчою від граничної частоти найбільш низькочастотного із застосованих транзисторів. Вхідний опір складеного транзистора у схемах з ОЕ таОК при низькому опорі навантаження більше, ніж в окремих транзисторів.
На рис. 1.35бпоказана схема ще одного складеного транзистора з різними типами провідностейр-п-ріп-р-п. Відповідно до напрямів результуючих струмів, показаних на рис. 1.35бцейскладовий транзисторр-п-ртипу. Його коефіцієнт посилення струмом т. е. практично дорівнює еквівалентному коефіцієнту посилення струму пари Дарлінгтона.
Каскодна схема. Варіантом складеного транзистора є каскадна схема, що є послідовним включенням по змінному струму двох транзисторів (рис. 1.36). Вхідний транзисторV1включений за схемою з ОЕ, вихідний - за схемою з ПРО. Вихідний струм тарі складеного транзистора
.
Тоді еквівалентний коефіцієнт посилення струму. Отже, коефіцієнт посилення емітерного струму при каскодному з'єднанні мало відрізняється від відповідного коефіцієнта посилення одного транзистораV1.Вхідний опір каскодного підсилювача визначається вхідним опором транзистораV1і не залежить від опору навантаження; частота верхнього зрізу залежить від параметра транзистораV1та опору джерела сигналу. Таким чином, каскодна схема в порівнянні зі звичайним підсилювальним каскадом за схемою з ОЕ не дає виграшу за коефіцієнтом посилення і вхідним і вихідним опорам. Однак каскодний підсилювач має найважливішу перевагу – слабкий зв'язок між виходом і входом такого складеного транзистора. Відомо, що наявність у звичайному транзисторі ємностіСдо опоруrдо між колектором і базою призводить до появи зворотного зв'язку між виходом і входом транзистора, що викликає ряд неприємних наслідків у роботі підсилювача. Так, припевних умов це може спричинити самозбудження підсилювача; такий зворотний зв'язок збільшує вхідну ємність каскаду, а отже, погіршує його частотну характеристику.
A) б)
Малюнок 1.37
Хороша розв'язка виходу та входу в каскодному підсилювачі пояснюється тим, що навантаженням транзистораV1є малий вхідний опір транзистораV2, включеного за схемою з ПРО, т. е. транзисторV1каскодного підсилювача працює практично в режимі короткого замикання колекторного ланцюга. При цьому коефіцієнт посилення по напрузі транзистора малий, а отже, мало і напруга зворотного зв'язку з виходу транзистораV1на його вхід. З іншого боку, ємність колекторного переходу мало впливає на вхідну напругуV2, оскільки база цього транзистора високої частоти замкнута на землю. Все це різко зменшує зворотний зв'язок між виходом та входом, підвищує стійкість підсилювача. Крім цього, у каскодному підсилювачі нелінійні спотворення менше, ніж у звичайному підсилювачі, зібраному за схемою з ОЕ. Завдяки зазначеним особливостям роботи каскодний підсилювач знайшов широке застосування, особливо резонансних каскадах. Каскодний підсилювач виконується і мікросхемних варіантах. Наприклад, мікросхема К118УН2 (рис. 1.37а) складається з трьох транзисторів, два з якихV2іV3утворюють каскадний підсилювач ОЕ-ПРО. Третій транзисторV1служить для створення необхідного режиму роботи транзисторів по постійному струму, він включений за схемою з ОЕ і охоплений зворотним зв'язком по напрузі через резисторRL.Висновок3можна використовувати для подачі сигналу, якщо підсилювач виконується тільки на транзисторахV2іV3.Підключенням до виводу13конденсатора великийємності забезпечується заземлення по змінному струму бази транзистораV2.Мікросхема може використовуватися як з внутрішнім навантаженням (резисторR5), так і з різними за характером зовнішніми навантаженнями, що включаються між висновкамита10,При подачі сигналу на виведення1транзистораV1забезпечується його додаткове посилення.
Принципова схема каскаду посилення проміжної частоти мікросхемі К118УН2 наведено на рис. 1.37б. Навантаженням каскадного підсилювача є виборча системаC5L2.Недоліком каскодних схем з послідовним з'єднанням транзисторів є необхідність вищих напруг джерел живлення порівняно зі звичайним каскадом.