Составной транзистор (транзистор Дарлингтона)

Если соединить транзисторы, как показано на рисунке, то полученная схема будет работать как один составной транзистор, который также называют транзистором Дарлингтона. При этом его коэффициент β будет равен произведению коэффициентов β составляющих транзисторов.

Этот прием полезен для схем, работающих с большими токами. Например, для стабилизаторов напряжения или выходных каскадов усилителей мощности. А также для входных каскадов усилителей, если необходимо обеспечить большое входное сопротивление.

В транзисторе Дарлингтона падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного, а напряжение насыщения равно, по крайней мере, падению напряжения на диоде. Потенциал эмиттера транзистора Т₁ должен превышать потенциал эмиттера транзистора Т₂ на величину падения напряжения на диоде. Кроме того, соединенные таким образом транзисторы ведут себя как один транзистор с достаточно малым быстродействием, так как транзистор Т₁ не может быстро выключить транзистор Т₂. С учетом этого свойства обычно между базой и эмиттером транзистора Т₂ включают резистор.

Резистор R предотвращает смещение транзистора Т₂ в область проводимости за счет токов утечки транзисторов Т₁ и Т₂. Токи утечки измеряются в наноамперах для малосигнальных транзисторов и в сотнях микроампер для мощных транзисторов. Сопротивление резистора выбирают так, чтобы токи утечки создавали на нем падение напряжения, не превышающее падения напряжения на диоде. Кроме того, через него должен протекать ток, малый по сравнению с базовым током транзистора Т₂. Обычно сопротивление R составляет несколько сотен ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько тысяч ом в малосигнальном транзисторе Дарлингтона.

Промышленность выпускает транзисторы Дарлингтона в виде законченных модулей, включающих, как правило, и эмиттерный резистор.

Комплементарный транзистор Дарлингтона

Схема ведет себя как транзистор n‑р‑n ‑типа, обладающий большим коэффициентом β.

В схеме действует одно напряжение между базой и эмиттером, а напряжение насыщения, как и в предыдущей схеме, равно, по крайней мере, падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора Т₂ рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением. Схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах, когда используют выходные транзисторы только одной полярности. Пример такой схемы показан на рисунке.

Как и раньше, резистор смещения представляет собой коллекторный резистор транзистора Τ₁. Транзистор Дарлингтона, образованный транзисторами Т₂ и Т₃, ведет себя как один транзистор n‑р‑n ‑типа, с большим коэффициентом усиления по току. Транзисторы Т₄ и Т₅, — комплементарный транзистор Дарлингтона, ведет себя как мощный транзистор n‑p-n ‑типа с большим коэффициентом усиления. И резисторы R₃ и R₄ имеют небольшое сопротивление. Эту схему иногда называют двухтактным повторителем с квазидополнительной симметрией.

Составные транзисторы – транзистор Дарлингтона и ему подобные – не следует путать с транзисторами со сверхбольшим значением коэффициента усиления по току, в которых очень большое значение коэффициента h_21Э получают в ходе технологического процесса изготовления элемента. Промышленность выпускает согласованные пары транзисторов со сверхбольшим значением коэффициента β. Их используют в усилителях с низким уровнем сигнала, для которых транзисторы должны иметь согласованные характеристики. Примерами подобных стандартных схем служат схемы типа LM394. Транзисторы со сверхбольшим значением коэффициента β можно объединять по схеме Дарлингтона. При этом базовый ток смещения можно сделать равным всего лишь 50 пкА.