Схема (пара) Шиклаи
рис. Каскад Шиклаи, эквивалентный n-p-n транзистору
Паре Дарлингтона подобно соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai pair), названное так в честь его изобретателя ДжорджаК. Шиклаи, также иногда называемое комплементарным транзистором Дарлингтона. В отличие от схемы Дарлингтона, состоящей из двух транзисторов одного типа проводимости, схема Шиклаи содержит транзисторы разного типа проводимости(p-n-p и n-p-n). Пара Шиклаи электрически эквивалентна n-p-n-транзистору c большим коэффициентом усиления. Входное напряжение — это напряжение между базой и эмиттером транзистора Q1, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора Q2 обычно включают резистор с небольшим сопротивлением. Такая схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах при использовании выходных транзисторов одной проводимости.
Как проверить транзистор Дарлингтона
Самый простой способ проверки составного транзистора заключается в следующем:
- Эмиттер подсоединяется к «минусу» источника питания;
- Коллектор подсоединяется к одному из выводов лампочки, второй её вывод перенаправляется на «плюс» источника питания;
- Посредством резистора к базе передаётся плюсовое напряжение, лампочка светится;
- Посредством резистора к базе передаётся минусовое напряжение, лампочка не светится.
Если всё получилось так, как описано, то транзистор исправен.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните накарту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
h-параметры биполярного транзистора
Все описанное выше касалось работы транзистора при постоянных напряжениях и токах его электродов. При работе транзисторов в усилительных схемах важную роль играют переменные сигналы с малыми амплитудами. Свойства транзистора в этом случае определяются так называемыми малосигнальными параметрами.
На практике наибольшее применение получили малосигнальные h-параметры (читается: аш-параметры). Их называют также гибридными, или смешанными, из-за того, что одни из них имеют размерность проводимости, другие сопротивления, а третьи вообще безразмерные.
Всего h-параметров четыре: (аш-один-один), (аш-один-два), (аш-два-один) и (аш-два-два) и определяются они следующими выражениями:
при .
Запись const является сокращением слова constanta, то есть постоянная величина. В данном случае это означает, что при определении параметра приращения входного напряжения и входного тока выбираются при неизменном (постоянном) значении выходного напряжения . Параметр характеризует входное сопротивление биполярного транзистора и измеряется в омах. Более кратко выражение для определения параметра записывают в виде:
Параметры , и определяются следующими выражениями:
— коэффициент обратной связи по напряжению, безразмерная величина;
— коэффициент прямой передачи по току, безразмерная величина;
— выходная проводимость, измеряется в сименсах (См ).
Рис. 13 — Токи и напряжения транзистора в схемах с ОЭ (а) и ОБ (б)
Рис. 14 — Определение статических h-параметров транзистора по его статическим характеристикам
Знак Δ означает небольшое изменение напряжения или тока относительно их значений в статическом режиме.
Все h-параметры можно определить по статическим характеристикам. При этом параметры и определяются по входным, а и — по выходным характеристикам. Необходимо только иметь в виду, что значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора. Для указания схемы включения к цифровым индексам h-параметров добавляется буквенный индекс: б — если транзистор включен по схеме ОБ, или э — если транзистор включен по схеме ОЭ. Кроме того, приращения входных и выходных токов и напряжений нужно заменить приращениями напряжений и токов соответствующих электродов транзистора с учетом конкретной схемы включения (рис. 14).
Значения h-параметров зависят от режима работы транзистора, т. е. от напряжений и токов его электродов. Режим работы транзистора определяется на характеристиках положением рабочей точки, которую будем обозначать в дальнейшем буквой А. Если указано положение рабочей точки А на семействе статических входных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 14, а), параметры и определяются следующим образом:
Параметры и определяются в рабочей точке А по выходным характеристикам (рис. 14, б) в соответствии с формулами:
Аналогично рассчитываются h-параметры для схемы ОБ.
При расчете параметров и надо токи и напряжения подставлять в формулы в основных единицах измерения.
Параметр называют коэффициентом передачи тока в схеме ОБ, а — коэффициентом передачи тока в схеме ОЭ. В отличие от статических коэффициентов передачи и — рассчитываемых как отношение выходного тока к входному в схемах ОБ и ОЭ, параметры и определяются как отношения изменений выходных токов к вызвавшим их изменениям входных токов. Иными словами, параметры и характеризуют усилительные свойства транзистора по току для переменных сигналов.
Достоинства и недостатки составных транзисторов
Мощность и сложность транзистора Дарлингтона может регулироваться через увеличение количества включённых в него биполярных транзисторов. Существует также IGBT-транзистор, который включает в себя биполярный и полевой транзистор, используется в сфере высоковольтной электроники.
Главным достоинством составных транзисторов считается их способность давать большой коэффициент усиления по току. Дело в том, что, если коэффициент усиления у каждого из двух транзисторов будет по 60, то при их совместной работе в составном транзисторе общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов входящих в его состав транзисторов (в данном случае — 3600). Как результат — для открытия транзистора Дарлингтона потребуется довольно небольшой ток базы.
Недостатком составного транзистора считается их низкая скорость работы, что делает их пригодными для использования только в схемах работающих на низких частотах. Зачастую составные транзисторы фигурируют как компонент выходных каскадов мощных низкочастотных усилителей.
Наиболее важные параметры.
Коэффициент передачи тока от 15 и выше.
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер — 60 в, импульсное — 160 в — у КТ805А, КТ805АМ. 135 в — у КТ805Б, КТ805БМ, КТ805ВМ.
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при коллекторном токе 5 А и базовом 0,5А: У транзисторов КТ805А, КТ805АМ — не более 2,5 в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ — 5 в.
Напряжение насыщения база-эмиттер при коллекторном токе 5 А и базовом 0,5А: У транзисторов КТ805А, КТ805АМ — не более 2,5 в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ — 5 в.
Максимальный ток коллектора. — 5 А.
Обратный импульсный ток коллектора при сопротивлении база-эмиттер 10Ом и температуре окружающей среды от +25 до +100 по Цельсию, у транзисторов КТ805А, КТ805АМ — — не более 60 мА, при напряжении колектор-эмиттер 160в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ — — не более 70 мА, при напряжении колектор-эмиттер 135в.
Обратный ток эмиттера при напряжении база-эмиттер 5в не более — 100 мА.
Рассеиваемая мощность коллектора(с теплоотводом). — 30 Вт.
Граничная частота передачи тока — 20 МГц.
Транзисторы КТ805 и качер Бровина.
Качер Бровина — черезвычайно популярное устройство, представляющее из себя фактически, настольный трансформатор Тесла — источник высокого напряжения. Схема самого генератора предельно проста — он очень напоминает обычный блокинг-генератор на одном транзисторе, хотя как утверждают многие, им вовсе не является.
В качере(как в общем-то и в блокинг-генераторе) теоретически, можно использовать любые транзисторы и радиолампы. Однако, практически очень неплохо себя зарекомендовали именно транзисторы КТ805, в частости — КТ805АМ.
В самостоятельной сборке качера самый серьезный момент — намотка вторичной обмотки(L2). Как правило она содержит в себе от 800 до 1200 витков. Намотка производится виток, к витку проводом диаметром 0,1 — 0,25 мм на диэлектрическое основание, например — пластиковую трубку. Соответствено, габариты полученного трансформатора (длина) напрямую зависят от толщины используемого провода. Диаметр каркаса при этом некритичен — может быть от 15мм, но при его увеличении эффективность качера должна возрастать (как и ток потребления).
После намотки витки покрываются лаком(ЦАПОН). К неподключенному концу катушки можно подсоединить иглу — это даст возможность наблюдать «стример» — коронообразное свечение, которое возникнет на ее кончике, во время работы устройства. Можно обойтись и без иглы — стример точно так же будет появляться на конце намоточного провода, без затей отогнутого к верху.
Вторичная обмотка представляет из себя бескаркасный четырехвитковой соленоид намотаный проводом диаметром(не сечением!) от 1,5 до 3 мм. Длина этой катушки может составлять от 7-8 до 25-30 см, а диаметр зависит от расстояния между ее витками и поверхностью катушки L2. Оно должно составлять 1 — 2 см. Направление витков обеих катушек должно совпадать обязательно.
Резисторы R1 и R2 можно взять любого типа с мощностью рассеивания не менее 0,5 Вт. Конденсатор C1 так же любого типа от 0,1 до 0,5 мФ на напряжение от 160 в. При работе от нестабилизированного источника питания необходимо подсоединить параллельно C1 еще один, сглаживающий конденсатор 1000 — 2000 мФ на 50 в. Транзистор обязательно устанавливается на радиатор — чем больше, тем лучше.
Источник питания для качера должен быть рассчитан на работу при токе до 3 А (с запасом), с напряжением от 12 вольт, а желательно — выше. Будет гораздо удобнее, если он будет регулируемым по напряжению. Например, в собранном мной образце качера, при диаметре вторичной катушки 3 см (длина — 22см), а первичной — 6см (длина — 10 см) стример возникал при напряжении питания 11 в, а наиболее красочно проявлялся при 30 в. Причем, обычные эффекты, вроде зажигания светодиодных и газоразрядных ламп на расстоянии, возникали уже с начиная с уровня напряжения — 8 в.
В качестве источника питания был использован обычный ЛАТР + диодный мост + сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 в. Больше 30 вольт я не давал, ток при этом не превышал значения в 1 А, что более чем приемлимо для таких транзисторов как КТ805, при наличии приличного радиатора.
При попытке заменить(из чистого интереса) КТ805 на более брутальный КТ8102, обнаружилось что режимы работы устройства значительно поменялись. Заметно упал рабочий ток. Он составил всего — от 100 до 250 мА. Но стример стал загораться только при достижения предела напряжения 24 в, при напряжении 60 в выглядя гораздо менее эффектно, нежели с КТ805 при 30.
Транзисторы Дарлингтона медленные!
Для схемы Дарлингтона характерно определенное явление, которое очень затрудняет работу на высоких частотах. Его переключение, а особенно выключение, занимает много времени (для электроники).
Давайте еще раз посмотрим на принципиальную схему. При включении питания потенциал базы T1 повышается (например, микроконтроллером), тем самым вводя в нее ток. Этот транзистор очень быстро переходит из состояния засорения в активный, в котором он усиливает этот ток и подает его на базу T2, которая также очень эффективно включается. Все происходит довольно быстро.
| Предположим, что этот транзистор используется для включения мощного приемника, например двигателя, который требует его сильного насыщения. |
Примерная схема подключения двух биполярных транзисторов в схему Дарлингтона
Теперь выключаем транзистор Дарлингтона. Потенциал базы T1 подтягивается резистором к земле. Носители заряда, накопившиеся в этой базе, должны оттекать от нее через этот резистор. Поскольку T1 был «по-настоящему» насыщен, таких носителей там было довольно много.
В течение этого времени, T2 все еще был проводящим, хотя он больше не должен таковым быть. Предположим, что носители вышли из базы T1, вопрос: куда должны уйти носители с базы T2? Единственный выход — это база, но к ней подключен только забитый транзистор… Нам остается только ждать, пока эти носители самопроизвольно «рассеются» и транзистор окончательно перестанет проводить.
Это явление демонстрируют следующие иллюстрации (текущие значения, конечно, не отражают реальные — они служат только для иллюстрации шкалы и самого факта прохождения тока; RL и значок двигателя символизируют какой-то элемент, который питается от транзистора, например двигатель).
| Оба транзистора непроводящие | Течение тока через базу, активирует оба транзистора |
В выключенном состоянии ситуация следующая:
| Заряд, накопленный после отключения тока | Захваченный заряд медленно рассеивается |
Таким образом, на отключение транзистора Дарлингтона влияют два события:
- снятие с насыщения и засорения Т1,
- ожидание, пока транзистор Т2 перестанет проводить.
Первую проблему можно как-то решить, используя, например, соответствующие схемы для ускорения переключения транзисторов. Однако с последним есть проблема, потому что по носителям должен быть обеспечен поток от базы к эмиттеру.
Электроника придумала способ частично решить эту проблему. Этот метод предполагает добавление резистора между базой и эмиттером Т2. Благодаря этому, носители заряда находят выход из базы. Одним из недостатков является снижение коэффициента усиления по току, поскольку этот резистор «крадет» ток у эмиттера T1.
Такие модифицированные транзисторы Дарлингтона коммерчески доступны как одиночные, так и в виде интегральных схем с большим количеством компонентов внутри. Хорошим примером является популярная микросхема ULN2003, в состав которой входит аж 7 таких систем.
Популярная микросхема ULN2003
В состав этой микросхемы также входят резисторы, ограничивающие базовый ток T1 (2,7 кОм) и ускоряющие выключение T1. Использование таких интегральных блоков удобно тем, что экономит место на плате, вход этой схемы подключается напрямую к выходу микроконтроллера.
Внутренняя схема ULN2003
Параллельное включение транзисторов
Современные транзисторы позволяют реализовать электронные схемы расчитаные на широкие диапазоны изменений токов и напряжений, но в отдельных случаях для увеличения допустимой мощности рассеивания применяется параллельное включение транзисторов.
Схема параллельного включения транзисторов
Максимально допустимый ток протекающий через такой составной транзистор равен:
IKmax(общ) = IKmax(VT1) + IKmax(VT2)
При такой схеме включения транзисторов следует учитывать, что вследствие разброса параметров параллельно включённых транзисторов токи между ними распределяются неравномерно. Большая часть тока будет протекать через транзистор, имеющий больший коэффициент усиления. Рассеиваемые транзисторами мощности можно выровнять включением в их эмиттерные цепи дополнительных симметрирующих резисторов с небольшими сопротивлениями. Так как на практике трудно подбирать такие сопротивление для каждого транзистора, в практических схемах в эмиттеры всех транзисторов ставят резисторы одного сопротивления. Сопротивление симметрирующих резисторов R1 и R2 можно определить по формуле
R1 = R2 ≈ 0,5n/IK,
где n – число параллельно соединенных транзисторов
IK — ток проходящий через коллектор.
Такой способ связан с ухудшением усилительных свойств транзисторов, однако его достоинством является возможность получения мощного силового элемента при использовании относительно маломощных транзисторов.
Транзисторы КТ814
Т ранзисторы КТ814 — кремниевые, мощные, низкочастотные, структуры — p-n-p. Корпус пластмассовый, с гибкими выводами. Масса — около 0,7 г. Маркировка буквенно — цифровая, на боковой поверхности корпуса, может быть двух типов.
Кодированая четырехзначная маркировка в одну строчку и некодированная — в две. Первый знак в кодированной маркировке КТ814 цифра 4, второй знак — буква, означающая класс. Два следующих знака, означают месяц и год выпуска. В некодированной маркировке месяц и год указаны в верхней строчке. На рисунке ниже — цоколевка и маркировка КТ814.
Наиболее важные параметры.
Коэффициент передачи тока У транзисторов КТ814А, КТ814Б, КТ814В — от 40 У транзисторов КТ814Г — 30
Граничная частота передачи тока. — 3МГц.
Максимальное напряжение коллектор — эмиттер. У транзисторов КТ814А — 25 в. У транзисторов КТ814Б — 40 в. У транзисторов КТ814В — 60 в. У транзисторов КТ814Г — 80 в.
Максимальный ток коллектора(постоянный). У всех транзисторов КТ814 — 1,5 А.
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при коллекторном токе 0,5А и базовом 0,05А — 0,6 в.
Напряжение насыщения база-эмиттер при коллекторном токе 0,5А и базовом 0,05А — 1,2 в.
Рассеиваемая мощность коллектора. — 10 Вт(с радиатором).
Обратный ток коллектора при напряжении коллектор-база 40в и температуре окружающей среды не превышающей +25 по Цельсию не более — 50 мкА.
Емкость эмиттерного перехода при напряжении эмиттер-база 0,5в при частоте 465 КГц не более — 75 пФ.
Емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-эмиттер 5в при частоте 465 КГц не более — 60 пФ.
Транзистор комплементарный КТ814 — КТ815.
