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 b, имеет схемотехническое решение.

Как отмечалось в разделе 5.14, значение коэффициента b характеризует качество биполярного транзистора, поскольку чем больше коэффициент b, тем эффективнее работает транзистор. Коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером b определяется следующим соотношением: . Для увеличения значения коэффициента b нужно либо уменьшить ширину базы биполярного транзистора W, либо увеличить диффузионную длину L _p. Так как диффузионная длина , то нужно увеличить либо подвижность носителей m, либо время жизни t _p. 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 для одного транзистора с высоким коэффициентом передачи b эмиттерного тока. Такая комбинация получила название составного транзистора, или схемы Дарлингтона (рис. 5.19). В составном транзисторе база первого транзистора Т₁ соединена с эмиттером второго транзистора Т ₂ 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. 5.19. Схема составного транзистора

Получим выражение для коэффициента усиления по току b для схемы Дарлингтона. Выразим связь между изменением тока базы dI _б и вызванным вследствие этого изменением тока коллектора dI _к составного транзистора следующим образом:

;

;

;

;

.

Поскольку для биполярных транзисторов коэффициент усиления по току обычно не составляет несколько десятков (β ₁, β ₂ >> 1), то суммарный коэффициент усиления составного транзистора будет определяться произведением коэффициентов усиления каждого из транзисторов b S » b ₁ b ₂ 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 Т ₁ должен работать в микромощном режиме, а транзистор Т ₂ в режиме большой инжекции, их эмиттерные токи отличаются на 1-2 порядка. При таком неоптимальном выборе рабочих характеристик биполярных транзисторов Т ₁ и Т ₂ не удается в каждом из них достичь высоких значений усиления по току. Тем не менее даже при значениях коэффициентов усиления b _1, b ₂ ~ 30 суммарный коэффициент усиления b S составит b S ~ 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 Т ₁ и Т ₂.