Транзисторные сборки широко используются в современной электронике, однако не все разработчики до конца понимают их особенности. Давайте разберемся, что представляют собой транзисторные сборки, каковы их характеристики и где они применяются.
Обзор транзисторных сборок
Транзисторная сборка – это электронный компонент, в корпусе которого содержится два или более транзистора, электрически соединенных определенным образом.
Различают следующие типы транзисторных сборок:
- Биполярные транзисторные сборки на биполярных транзисторах
- Полевые транзисторные сборки на полевых транзисторах
- Сборки на IGBT-транзисторах
Основные области применения транзисторных сборок:
- Усилители мощности
- Импульсные источники питания
- Системы управления электродвигателями
- Стабилизаторы напряжения
Устройство транзисторных сборок
Принцип работы транзисторной сборки основан на взаимодействии транзисторов, входящих в ее состав. Транзисторы могут быть соединены последовательно, параллельно или по смешанной схеме.
При последовательном соединении транзисторов выход первого транзистора подключается к входу второго, что позволяет получить бóльший коэффициент усиления.
При параллельном соединении транзисторов их выходы и входы объединены, что позволяет увеличить максимальную мощность сборки.
В смешанных схемах часть транзисторов соединяется последовательно, а часть параллельно, чтобы оптимизировать параметры сборки.
Конструктивно транзисторные сборки выполняются в едином корпусе с общими выводами. В сборке могут также присутствовать дополнительные элементы, например резисторы.
Характеристики транзисторных сборок
Основные электрические параметры транзисторных сборок:
- Рабочие токи коллектора, эмиттера, базы
- Напряжения на коллекторе, эмиттере, базе
- Максимальная рассеиваемая мощность
Важной характеристикой любой транзисторной сборки является ее коэффициент усиления. У сборок на биполярных транзисторах он может достигать 1000 и выше.
Сборки должны иметь определенные значения входного и выходного сопротивления для корректной работы в схеме.
Также учитываются температурные режимы и частотные свойства транзисторных сборок.
Расчет параметров транзисторной сборки
Перед применением транзисторной сборки в конкретной схеме необходимо произвести расчет ее параметров.
Важно определить токи и напряжения в каждом из транзисторов сборки, исходя из их индивидуальных характеристик.
Затем рассчитывается суммарный коэффициент усиления сборки, определяемый перемножением коэффициентов усиления транзисторов.
Также определяется максимальная мощность, которую может рассеивать сборка в заданном режиме.
По результатам расчетов выбираются оптимальные транзисторы и схема их соединения в сборке.
Для моделирования и расчета параметров сборок существуют специальные компьютерные программы.
Схема Дарлингтона
Одной из наиболее распространенных схем транзисторных сборок является схема Дарлингтона, предложенная в 1953 году инженером Сидни Дарлингтоном.
Она представляет собой каскадное соединение двух биполярных транзисторов, при котором эмиттер первого транзистора подключается к базе второго.
Главное преимущество схемы Дарлингтона – возможность получения очень высокого коэффициента усиления, в сотни и тысячи раз превосходящего коэффициенты усиления отдельных транзисторов.
Это позволяет управлять большими токами и мощностями с помощью слабых входных сигналов.
Схема Дарлингтона применяется в выходных каскадах усилителей, импульсных источниках питания, системах управления электродвигателями.
Существуют различные модификации схемы, например с нагрузочным резистором на эмиттере первого транзистора или многоступенчатые схемы.
Альтернативой схеме Дарлингтона может служить схема Шиклаи на транзисторах разного типа проводимости.
Схема Шиклаи
Еще одной распространенной схемой транзисторной сборки является схема Шиклаи, названная в честь ее изобретателя Джорджа К. Шиклаи.
В отличие от схемы Дарлингтона, схема Шиклаи использует транзисторы разных типов проводимости - один p-n-p, другой n-p-n.
Преимущества схемы Шиклаи:
- Высокий коэффициент усиления
- Хорошие частотные свойства
- Высокое быстродействие
Схема Шиклаи часто используется в выходных каскадах усилителей мощности.
Каскодная схема транзисторной сборки
Еще один распространенный вариант транзисторной сборки - каскодная схема.
В ней первый транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а второй - по схеме с общей базой.
Достоинства каскодной схемы:
- Высокое выходное сопротивление
- Большой линейный диапазон
- Высокая устойчивость к обратным связям
Каскодные сборки часто используются во входных каскадах операционных усилителей.
Аналоги транзисторных сборок
Существуют полупроводниковые приборы, которые могут служить аналогами транзисторных сборок:
- Дарлингтоны в интегральном исполнении
- Составные транзисторы
- Супербета-транзисторы
Они обеспечивают высокий коэффициент усиления, компактность, удобство использования.
Транзисторная сборка npn
Наиболее распространенным типом транзисторной сборки является сборка на npn биполярных транзисторах.
Преимущества npn сборок:
- Высокое быстродействие
- Хорошие частотные свойства
- Широкий линейный диапазон
Сборки на npn транзисторах широко используются в усилителях, генераторах, импульсных источниках питания.
Транзисторные сборки в интегральных схемах
Многие интегральные микросхемы в своем составе содержат транзисторные сборки.
Это позволяет добиться необходимых характеристик при минимальных размерах.
Примеры интегральных схем на транзисторных сборках:
- Операционные усилители
- Компараторы
- Таймеры, генераторы
Переход к интегральным сборкам дает значительный выигрыш в параметрах, стоимости, надежности.
Применение транзисторных сборок
Рассмотрим наиболее распространенные области применения транзисторных сборок.
Транзисторные сборки в усилителях
Транзисторные сборки часто используются в усилителях благодаря возможности получения высокого коэффициента усиления и мощности.
Они применяются в предварительных, выходных, мощностных каскадах усилителей.
Правильный подбор сборки позволяет оптимизировать характеристики усилителя под конкретные задачи.
Транзисторные сборки в импульсных источниках питания
В импульсных источниках питания транзисторные сборки используются в ключевом каскаде.
Они позволяют эффективно преобразовывать постоянное напряжение в импульсы высокой мощности на высоких частотах.
Транзисторные сборки в системах управления двигателями
Для управления мощными двигателями применяются транзисторные ключи на основе сборок.
Это позволяет использовать слабые сигналы системы управления для включения/выключения силовых цепей двигателей.
Сборки транзисторов в схемах стабилизации напряжения
Транзисторные сборки широко используются в качестве регулирующих элементов в стабилизаторах напряжения.
Они обеспечивают высокую точность и стабильность выходного напряжения.
Другие применения транзисторных сборок
Сборки транзисторов также находят применение в различных цифровых и аналоговых схемах: генераторах, таймерах, компараторах и т.д.
Высокие характеристики сборок позволяют использовать их в самых разнообразных областях электроники.
Выбор транзисторной сборки для конкретного применения
При выборе транзисторной сборки для использования в конкретной схеме нужно учитывать ряд факторов.
Критерии выбора транзисторной сборки
Основные критерии выбора:
- Требуемый коэффициент усиления
- Необходимый рабочий ток и напряжение
- Максимальная рассеиваемая мощность
- Частотный диапазон
Также важны габариты, стоимость, доступность сборки.
Рекомендации по подбору сборки для усилителя
Для усилителя важны высокий коэффициент усиления, широкий линейный диапазон.
Рекомендуется использовать сборки на биполярных транзисторах в мультикаскадных схемах.
Выбор сборки для импульсного источника питания
Здесь на первом месте максимальный ток и мощность в импульсном режиме.
Подойдут сборки на мощных биполярных или IGBT транзисторах.
Особенности выбора сборки для систем управления
Для систем управления важно высокое быстродействие транзисторных ключей.
Используются сборки на MOSFET или IGBT транзисторах.
Учет требований надежности и долговечности
При выборе сборки обязательно учитывают запасы по току, напряжению и температуре.
Это повышает ресурс работы сборки и надежность устройства.
