Составной транзистор Дарлингтона.

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 12

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Параметры транзистора:

1. h₂₁’ = (h_21-1 + 1)* h_21-2 ≥ h_21-1* h_21-2;

2. U_бэ’ = U_бэ-1 + U_бэ-2 ≈ 1.2В;

3. U_{кэ нас}’ = U_{кэ нас-1} + U_{кэ нас-2} ≥ 0.1 + 0.6 = 0.7В.

Достоинства: высокий Ki.

Недостатки: большое напряжение насыщения, невысокое быстродействие, необходимость большого управляющего напряжения.

R_б’ предотвращает открывание составного транзистора при повышении температуры кристалла из – за высокого h₂₁ (отводит часть тока от VT2).

Составной транзистор Шиклаи.

Параметры транзистора:

1. h₂₁” ≈ h_21-3* h_21-4;

2. U_бэ” = U_бэ-3 = 0.6В;

3. U_{кэ нас}” = U_{кэ нас-3} + U_{кэ нас-4} ≥ 0.1 + 0.6 = 0.7В.

Транзистор Шиклаи обладает практически теми же свойствами что и транзистор Дарлингтона и может дополнять его в двухтактной схеме при этом выходной транзистор будет физически структуры n-p-n но выполнять роль p-n-p, что позволяет существенно увеличить Ki.

В усилителях мощности с целью выравнивания входных полуволн подаваемых на n-p-n и p-n-p транзисторы, транзистор Шиклаи может дополняться мощным высокочастотным диодом в эмиттерной цепи.

Транзисторы Дарлингтона Выпускаются как готовые изделия.

Сочетание транзисторов Дарлингтона и Шиклаи позволяют создать двухтактнтактные усилители с выходными транзисторами одной структуры: (р-н-р). Предвыходные транзисторы подобрать легче.

17. Следящая связь (ПОС). Схема. Применение.

Следящая связь передаёт на верхний вывод R2 через С практически такой же сигнал, который существует на его нижнем выводе. То есть переменный ток через R2 почти не протекает, что вызывает резкое увеличение его эквивалентного динамического сопротивления, что способствует увеличению Ku.

Следящая связь через С2 передаёт на нижний вывод R3 практически такое же напряжение как и на верхний вывод, что вызывает отсутствие переменного тока через R3. То есть для сигнала нагрузкой является не сопротивление делителя R1 – R2, а входное сопротивление транзисторного каскада, которое в этом случае может быть существенно меньше (≈10раз). Это позволяет реализовать другие возможности каскада: уменьшить Rвых каскада с ОК, увеличить Ku каскада с ОЭ.

При передаче по экранированному кабелю высококачественного сигнала происходит его существенное ослабление из-за ёмкостоного сопротивления кабеля. Если на первый экран подать сигнал из точки А то на обеих обкладках паразитной ёмкости будет присутствовать одинаковый переменный сигнал то есть она перестанет перезаряжаться, что эквивалентно существенному её уменьшению.

18. Эффект Миллера.

Эффект Миллера заключается в увеличении эффективной ёмкости коллектор – база в Ku раз, что приводит к существенному уменьшению Ku каскада с ОЭ на высоких частотах (на СВЧ используют ОБ).

Cкб осуществляет параллельную ООС по напряжению, которая уменьшает входной сигнал.

æ – коэффициент обратной связи (равен отношению сигнала передаваемого на вход усилителя за счёт ООС к величине выходного сигнала).

æ = 0.01; Uвх = 100mВ (æ ~ Cкб/Cэб).

1. Ku = 1; Uос = Uвх*Ku* æ = 1mВ;

Uвх.ос ≈ Uвх – Uос = 99 mВ;

2. Ku = 10; Uос = 10mВ;

Uвх.ос ≈ 90mВ;

3. Ku = 50; Uос = 50mВ;

Uвх.ос ≈ 50mВ.

19. Полевые транзисторы (МДП (МОП) – транзисторы). По способу создания канала (с p - n переходом, встроенным и индуцированным каналом). Входные и выходные характеристики.

Полевые транзисторы (униполярные) - п/п приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака под действием продольного электрического поля.

С точки зрения носителя заряда их называют униполярные (одной полярности).

С точки зрения управления электрическим полем - полевыми.

Различают схемы включения:

- с общим истоком (подобно общему эмиттеру) которые позволяют получить усиление тока и напряжения и инвертирование фаз напряжения при усилении, имеют очень высокое входное и выходное сопротивления;

- с общим стоком (подобно общему коллектору и эмиттерному повторителю и может быть назван истоковым повторителем) имеет коэффициент усиления по напряжению, стремящийся к единице, выходное напряжение по значению и фазе повторяют входное, имеют очень высокое входное и низкое выходное сопротивления;

- с общим затвором (подобно общей базе)не дает усиления тока и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме с ОИ, входное сопротивление мало, в усилителях не используются, применяется в качестве линейных ключей и электронных потенциометров.

Отличие биполярных от полевых транзисторов: практически бесконечное входное сопротивление, несколько худшие усилительные свойства, лучшие температурные характеристики, возможность параллельного включения с целью увеличения тока, опасность повреждения статическим напряжением.

По способу создания канала различают ПТ с p-n-переходом (канал p- или n-типа), встроенным каналом (МДП) и индуцированным каналом (МОП).

ПТ с управляющим р-n переходом содержит три п/п области одного и того же типа проводимости, называемые истоком - каналом - стоком.

Движение носителей заряда начинается от истока в направлении стока по каналу, ширина которого зависит от напряжения, приложенного к затвору. Соответственно имеет 3 электрода: затвор, сток и исток. р-n переход является высокоомной областью неподвижных носителей заряда –ионов.

Подавая на затвор запирающее напряжение (в нашем случае "-") мы увеличиваем ширину р-n переходов и соответственно уменьшаем ширину канала и увеличиваем его сопротивление.

Резистор автоматического смещения служит для автоматического создания напряжения смещения. При его увеличении возможно полное запирание. Сопротивление в цепи затвора необходимо для заряда конденсатора.

При подаче на затвор отпирающего напряжения > 0,5В происходит отпирание р-n-перехода, возникает ток затвора и ПТ теряет основное своё преимущество: высокое входное сопротивление.

МОП с изолированным затвором и индуцированным каналом.

При приложении к затвору напряжения положительной полярности определенной величины, в области подложки (наиболее близко расположенная к затвору), под диэлектриком, образуется канал из неосновных носителей зарядов электронов. Для него характерно ещё большее входное сопротивление, но меньшее усиление, так как управляющий затвор находитя на большем расстоянии от канала.

МДП со встроенным каналом.

При подаче положительного напряжения увеличиваем ширину канала, и ток по нему тоже увеличивается. При подаче отрицательного напряжения уменьшаем ширину канала и ток по нему, вплоть до полного закрытия транзистора.

«+» возможность работы без начального смещения

«-» протекание тока при наличие U₃ = О

Чтобы р-п переходы были надёжно заперты относительно подложки (П), мы подаём на П напряжение, противоположное полярности по отношению к напряжению на стоке, т.е. для п - канала это будет "-". В обычных случаях соединяем П и U

Достоинства ПТ: высокое входное сопротивление.

Недостатки: более низкое, по сравнению с БПТ, усиление по напряжению

Рис. 4. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора:

а — выходные; б — передаточная

20. Достоинства полевого транзистора по сравнению с биполярным транзистором. Недостатки. Достоинства полевого транзистора с p - n переходом. Недостатки.

ПТ обладают рядом приемуществ по сравнению с биполярными:
- высокое входное сопротивление по постоянному току и на высокой частоте, отсюда и малые потери на управление;

- высокое быстродействие (благодаря отсутствию накопления и рассасывания неосновных носителей);

- почти полная электрическая развязка входных и выходных цепей, малая проходная ёмкость (т.к. усилительные свойства ПТ обусловлены переносом основных носителей заряда, верхняя граница эффективного усиления мощных ПТ выше, чем у биполярных, и применение ключевых усилителей на ПТ при тех же напряжениях питания возможно на частотах около 400 мГц, в то время как на биполярных транзисторах разработка ключевых генераторов частотой выше100 мГц является весьма сложной задачей);

- отрицательный ТКС тока стока для ПТ с Uзи граничной более чем 0.5В, что облегчает создание усилителей в классе АВ;

- линейный характер сопротивления канала;

- малый уровень шумов.

Недостатки ПТ:

- худшие усилительные свойства, для МОП ПТ необходимо принятие специальных мер для защиты от статического электричества из – за тонкого слоя подзатворного диэлектрика (тонкий слой – лучшая управляемость).

Достоинства полевого транзистора с p-n переходом:

- сравнительно большие габариты и вес трансформаторов.

- большие частотные искажения, так как сопротивления обмоток трансформатора зависят от частоты XL = ω ∙ L, поэтому трансформаторная связь применяется на низких частотах и в узком диапазоне.

21. Схемы включения полевых транзисторов: общий исток, общий сток, общий затвор

Различают схемы включения:

- с общим истоком (подобно общему эмиттеру) которые позволяют получить усиление тока и напряжения и инвертирование фаз напряжения при усилении, имеют очень высокое входное и выходное сопротивления;

- с общим стоком (подобно общему коллектору и эмиттерному повторителю и может быть назван истоковым повторителем) имеет коэффициент усиления по напряжению, стремящийся к единице, выходное напряжение по значению и фазе повторяют входное, имеют очень высокое входное и низкое выходное сопротивления;

- с общим затвором (подобно общей базе)не дает усиления тока и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме с ОИ, входное сопротивление мало, в усилителях не используются, применяется в качестве линейных ключей и электронных потенциометров.

Схемы включений ПТ.

Схема с общим истоком.

Схема обладает высоким входным сопротивлением, которое ограничивается сопротивлением затвора, и достаточно высоким выходным сопротивлением, также, как и в схемах с ОЭ. Фаза инвертируется. Однако, из-за нелинейности выходной характеристики возникают большие нелинейные искажения, особенно для большого сигнала. Используются для согласования между собой высокоомного генератора и усилителя, также в качестве ключевого каскада в импульсных блоках питания (благодаря отсутствия у них явления вторичного пробоя, характерного для БПТ). Кu=S*Rc.

Схема с общим стоком.

Выходное сопротивление уменьшается за счёт введения последовательной ООС по напряжению с помощью Rи. Используется для согласования высокого сопротивления генератора с низким сопротивлением усилителя, высокого выходного сопротивления источника тока усилителя напряжения с низким сопротивлением нагрузки, особенно в выходных каскадах сверхкачественных усилителей мощности относительно низкой стоимости.

Схема с общим затвором.

Используется в качестве ослабителей сигналов, “переменных резисторов”, переключателей, в электронных регуляторах и ключах. В усилителях не используется так как имеет низкое входное сопротивление.

22. БТИЗ ( IGBT ) – биполярный транзистор с изолированным затвором. Достоинства по сравнению с МОП.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistors) - полностью управляемый полупроводниковый прибор, в основе которого трёхслойная структура. Его включение и выключение осуществляются подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком. На рис.1 приведено условное обозначение IGBT.

Рис. 1. Условное обозначение IGBT	Рис. 2. Схема соединения транзисторов в единой структуре IGBT

IGBT являются продуктом развития технологии силовых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник, управляемых электрическим полем и сочетают в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Эквивалентная схема включения двух транзисторов приведена на рис. 2. Прибор введён в силовую цепь выводами биполярного транзистора E (эмиттер) и C (коллектор), а в цепь управления - выводом G (затвор).

Таким образом, IGBT имеет три внешних вывода: эмиттер, коллектор, затвор. Соединения эмиттера и стока (D), базы и истока (S) являются внутренними. Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включённом состоянии.

Достоинства:

- высокое Rвх;

- малые потери мощности на открытом транзисторе, пропорциональные величине тока (в МОП транзисторах пропорционально I²). Это позволяет существенно уменьшить величину кристалла на единицу мощности;

- IGBT не свойственно явление вторичного пробоя.

Недостатки:

- ограниченный частотный диапазон (в настоящее время практически устранён fmax 75 – 120 КГц).

Используются:

- в преобразователях напряжения большой мощности в том числе частотных.

23. Обратные связи (ОС): отрицательная обратная связь (ООС), положительная обратная связь (ПОС). Применение. Коэффициент ОС. ОС по способам подачи сигнала и по способу снятия сигнала.

В общем случае обратную связь (ОС) можно определить как связь выходной цепи усилителя или каскада усиления с его входной цепью. Она образуется тогда, когда усиленный сигнал с выхода отдельного каскада усилителя или усилителя в целом передается на его вход через цепи, дополнительно вводимые для этого (внешняя ОС) или уже имеющиеся в нем для выполнения других функций (внутренняя ОС). К последним, например, относятся общая цепь источника питания усилителя, межэлектродные емкости в электронных приборах.

В большинстве случаев внутренняя ОС и непреднамеренно возникшие цепи внешней ОС вызывают так называемую паразитную ОС.

На рисунке приведена структурная схема усилителя с коэффициентом усиления К, охваченного внешней цепью ОС с коэффициентом передачи β. Стрелками показаны направления прохождения сигнала.

Часть усиленного внешнего сигнала с выхода усилителя поступает по цепи ОС на его вход и складывается там с внешним сигналом. При таком сложении амплитуд сигналов (внешнего и ОС) на входе усилителя возможны два случая: либо сумма амплитуд сигналов больше амплитуды внешнего сигнала (фазы колебаний на выходе цепи ОС и входной сигнала совпадают, сдвиг фаз равен 0°), либо меньше его (их фазы противоположны, сдвиг фаз равен 180°). В первом случае имеет место ПОС (положительная обратная связь), во втором – о ООС (отрицательная ОС). В большинстве случаев ПОС паразитная (используется в генераторах, триггерах Шмитта, иногда в частотно – избирательных усилителях, следящая связь). Основное применение имеет ООС повышающая стабильность работы усилителей и улучшающая их параметры и характеристики. Уменьшение Ku не значительно для современных усилителей, имеющих значительный запас по Ku.

Обратная связь (ОС), охватывающая один каскад, называется местной, несколько - общей.

Если во входной цепи усилителя вычитается ток в цепи ОС из тока входного сигнала, то такую ООС называют параллельной. Если во входной цепи вычитается напряжение входного сигнала из сигнала ОС, то такую ООС называют последовательной. По способу получения (снятия) сигнала ООС с выхода усилителя различают ООС по напряжению (когда сигнал ООС пропорционален U _ВЫХ усилителя) и по току (сигнал ООС пропорционален току через нагрузку).

Входное сопротивление усилителя с ООС определяется способом подачи сигналов обратной связи во входную цепь. При последовательной ООС сопротивление увеличивается, а при параллельной – уменьшается.

Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия сигнала обратной связи с выхода устройства. При ООС по напряжению сопротивление уменьшается, а при ООС по току увеличивается.

24. ОС последовательная по напряжению и по току. Схемы. Основные параметры.

При последовательной обратной связи по напряжению с сопротивления нагрузки усилителя снимается часть выходного напряжения , которое во входной цепи алгебраически складывается с .

Напряжение обратной связи U _ос = χ U _вых где χ – коэффициент ОС.

χ = R 2/( R 1+ R 2) ≈ R 2/ R 1 (обычно R 1<< R 2).

Влияние последовательной ОС по напряжению на коэффициент усиления по напряжению для усилителя, охваченного обратной связью.

к _{uo с} = U _вых /( U _вх ± U _ос ) = U _вых /[ U _вх (1± χ к _u )].

Коэффициент усиления по напряжению усилителя без обратной связи к _u = U _вых / U _вх, поэтому после проведения преобразования для ООС можно записать:

_Киос =к_и/(1+ χк_и).

При ПОС в знаменателе правой части следует использовать знак «минус».

Обратные связи характеризуются глубиной F . Для ООС F = 1+ χ к _{u .} Отсюда следует, что глубина ООС возрастает при увеличении χ и К_и, При очень глубокой ООС F = χ к _{u ,} , поэтому в данном случае можно записать

к _{u ос} = 1/χ = ( R 1+ R 2)/ R 2

При глубокой ООС (F >10) удается практически полностью исключить влияние пара­метров транзистора и всего усилителя на его К_иОС. Улучшение стабильности коэффициента усиления с помощью ООС широко используется для расширения АЧХ усилителя. При отклонении в области НЧ или ВЧ уменьшается К_и, но уменьшается и глубина ООС, т.е. 1+ χ К_и. В результате К_иОС изменяется слабо и ре­ализуется АЧХ с широкой полосой пропускания.

Входное сопротивление усилителя с ООС определяется способом подачи сигналов обратной связи во входную цепь. При последовательной ООС сопротивление увеличивается, а при параллельной – уменьшается.

Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия сигнала обратной связи с выхода устройства. При ООС по напряжению сопротивление уменьшается, а при ООС по току увеличивается.

Изложенное выше позволяет сделать вывод, что последовательная ООС по напряжению уменьшает и стабилизирует коэффициент усиления по напряжению, снижает как линейные, так и нелинейные искажения, повышает входное сопротивление и уменьшает выход­ное сопротивление усилителя.

Принципиальная схема: