5.15. 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 β, имеет схемотехническое решение.

Как отмечалось в предыдущем разделе, значение коэффициента β характеризует качество биполярного транзистора, поскольку, чем больше коэффициент β, тем эффективнее работает транзистор. Коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером β определяется следующим соотношением β = 2·(L²/W²). Для увеличения значения коэффициента β 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 μ, либо время жизни τ_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 один транзистор с высоким коэффициентом передачи β 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 коллектора составного транзистора. База первого транзистора играет роль базы составно-го 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 β 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 β₁, β₂ >> 1, то суммарный коэффициент усиления составного транзистора будет определяться произведением коэффициентов усиления каждого из транзисторов β_Σ ~= β₁·β₂ и может быть достаточно большим по величине.

Отметим особенности режима работы таких транзисторов. Поскольку эмиттерный ток перво-го 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 характе-ристик 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 β₁, β₂ ~ 30 суммарный коэффициент усиления β_Σ составит β_Σ ~ 1000.

Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуется 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 со-ставных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов Т₁ и Т₂.