Глава 1.15

Составные транзисторы. Схема Дарлингтона

Создание мощного высоковольтного транзистора, предназначенного для работы в режиме переключения, и характеризующегося переходом из закрытого состояния с высоким обратным напряжением в открытое состояние с большим током коллектора, т.е с высоким коэффициентом , имеет схемотехническое решение.

Как отмечалось в предыдущем разделе, значение коэффициента характеризует качество биполярного транзистора поскольку, чем больше коэффициент , тем эффективнее работает транзистор.

Коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

определяется следующим соотношением  .

Для увеличения значения коэффициента нужно либо уменьшать ширину базы биполярного транзистора или W, или увеличить диффузионную длину L_p. Так как диффузионная длина , то нужно увеличить либо подвижность носителей , либо время жизни . Это достаточно трудно, так как необходимо использовать материалы с высокой подвижностью для электронов (например, GaAs, InP) причем только в транзисторах n-p-n.

Между тем, имеется схемотехническое решение, когда определенным образом соединенные два биполярных транзистора имеют характеристики как один транзистор с высоким коэффициентом передачи эмиттерного тока. Такая комбинация получила название составного транзистора или схемы Дарлингтона. В составном транзисторе база первого транзистора Т₁ соединена с эмиттером второго транзистора Т₂ dI_э1 = dI_б2. Коллекторы обоих транзисторов соединены и этот вывод является коллектором составного транзистора. База первого транзистора играет роль базы составного транзистора dI_б = dI_б1, а эмиттер второго транзистора - роль эмиттера составного транзистора dI_э2 = dI_э.

Рис. 1.15.1. Схема составного транзистора.

Получим выражение для коэффициента усиления по току для схемы Дарлингтона. Выразим связь между изменением тока базы dI_б и вызванным вследствие этого изменение тока коллектора dI_к составного транзистора следующим образом:

Поскольку для биполярных транзисторов коэффициент усиления по току обычно не составляет несколько десятков , >> 1, то суммарный коэффициент усиления составного транзистора будет определяться произведением коэффициентов усиления каждого из транзисторов и может быть достаточно большим по величине.

Отметим особенности режима работы таких транзисторов. Поскольку эмиттерный ток первого транзистора I_э1 является базовым током второго транзистора dI_б2, то следовательно транзистор Т₁ должен работать в микромощном режиме, а транзистор Т₂ в режиме большой инжекции, их эмиттерные токи отличаются на 1-2 порядка. При таком неоптимальном выборе рабочих характеристик биполярных транзисторов Т₁ и Т₂ не удается в каждом из них достичь высоких значений усиления по току. Тем не менее, даже при значениях коэффициентов усиления , ~ 30 суммарный коэффициент усиления составит ~ 1000.

Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей. В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ, наоборот и граничная частота усиления по току и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов Т₁ и Т₂.