4.4. Составные транзисторы

4.4.1. Пара Дарлингтона

П ри проектировании АЭУ часто желательно иметь транзисторы с параметрами лучше тех, которыми обладают исходные УЭ. Например, иметь больший статический коэффициент передачи по току h₂₁ и боль­шее входное сопротивление R₁₁ = 1/g₁₁ для БТ. Иногда используемые транзисторы имеют несколько неудовлетворительных параметров. Это наиболее распространенная ситуация при проектировании ИМС, так как в этом случае нет свободы выбора типов транзисторов для различных схем. Для, преодоления этих недостатков используют комбинации из нескольких транзисторов, называемые составными транзисторами (СТ). Ряд параметров СТ такой же, как у одиночного транзистора, а один или несколько - улучшенные. Этот подход дает хорошие результаты в случае ИМС, в которых он является самым дешевым элементом. Причем в СТ могут входить как БТ, так и ПТ одного или разного типов проводимостей.

Эквивалентные параметры СТ можно найти, например, методом че­тырехполюсника (разд.3.2), с учетом соотношений (4.28) и (4.29) для УМП УЭ в различных схемах включения. Анализ будем проводить в области низких частот, т.е. использовать вместо у - параметров g - па­раметры.

Пара Дарлингтона – это два транзистора (обычно одного и того же типа), соединенных, как показано на рио.4.16, т.е, эта пара пред­ставляет собой каскадное соединение схем ОК – ОК. Воспользовавшись выражениями для у - параметров каскадное соединения (табл.3.1), с учетом связи у-параметров схем ОЭ и ОК (4.28), получим:

(4.31)

Здесь индексами "1", "2" и "С" обозначены проводимости перво­го, второго транзистора и СТ. Матрица (4.31) получена при допуще­ниях g₂₁ > g₁₁ > g₂₂ > g₁₂.

Пара Дарлингтона обычно используется в схеме включения ОК для получения больших значений h₂₁ и R₁₁. Действительно, из (4.31) следует, что

Т о есть h_21c>>h_21c¹ R_21c>>R_21c¹

Однако если сопротивление R отсутствует (R = ), то ток I_k1  I_э1  I_б2 будет мал, значит, и будет значение h₂₁ (h₂₁ растет с ростом коллекторного тока). Для увеличения 1_э1 (I_k1), а значит, и для увеличения h₂₁¹, в схему вводят резистор R. Второй конец резистора может быть подключен к любой удобной точке схемы, например, к эмиттеру VT₂.

Вместо БТ VT₁ могут быть использованы ПТ. В этом случае СТ бу­дет иметь высокое входное сопротивление ПТ и большую проводимость прямой передачи БТ (g_21с = g₂₁²).

4.4.2. Каскадная схема

Хорошо известное каскадное соединение двух транзисторов (рис. 4.17), можно рассматривать как СТ. Эта пара требует дополнительного источника напряжения Е_б для смещения базы транзис­тора VT2. Т ок коллектора транзистора VT₁ является эмиттерным током транзистора VT₂. Чаще всего СТ включается по схеме ОЗ, т.е. представляет собой каскадное включение схем ОЭ и ОБ (рис.4.17,б). Используя ту же самую методику, что и для пары Дарлингтона и, при­нимая во внимание те же самые допущения, получим УМП СТ в схеме включении ОЭ

Следовательно, каскадный транзистор имеет R_h и h₂₁ одиночного транзистора, а проводимость обратной передачи (g_12c) и выходную проводимость (g_22с­ ) много меньше. Кроме того, у каскадной пары практически отсутствует эффект Миллера (разд. 4.3.3), так как транзистор VT₁ нагружен на низкое входное сопротивление транзисто­ра VT₂, включенного по схеме ОБ. В силу этого усиление по напряже­нию транзистора VT₁ практически равно нулю и C_ВХ1 = ₁/r_б1+C_K1  K₁ ₁/r_б1- Это в значительной мере устраняет опасность самовозбуж­дения каскадной схемы, что и является ее неоспоримым преимуществом перед другими каскадами как на составных, так и на одиночных тран­зисторах. Особенно ощущается это преимущество в области верхних частот.

Параметры g_11с и h_21с можно существенно улучшить, если тран­зистор VT₁ реализовать как пару Дарлингтона.