Что такое комплементарная пара транзисторов

Что такое комплементарная пара транзисторов

Peter Demchenko, Литва

При создании некоторых схем, в которых используются комлементарные биполярные транзисторы, требуется подбор NPN и PNP транзисторов с близкими по величине коэффициентами передачи тока β. Примером такой схемы может служить выходной каскад усилителя. Простое устройство, позволяющее решить эту задачу, изображено на Рисунке 1.

Рисунок 1. С помощью этой схемы легко измерять коэффициент передачи тока комплементарных биполярных транзисторов. Если транзисторы согласованы, вольтметр показывает 0 В.

Основу схемы составляют исследуемые транзисторы Q1 и Q2. Через транзисторы в этой тестовой схеме протекает один общий базовый ток IB, поскольку никаких дополнительных путей его протекания нет, в связи с чем никакой дополнительной компенсации не требуется. Заметим, однако, что коэффициент β транзисторов должен быть достаточно большим, чтобы выполнялось соотношение IE ≈ IC. С учетом этого замечания сопротивление резисторов R1 и R2 должно быть одинаковым.

Для создания некоторого запаса по питанию транзисторов вводят дополнительное падение напряжения между их базами. Желательно иметь разницу напряжений в несколько вольт, которые удобно получить с помощью синего светодиода D1. Наличие такого смещения позволяет установить напряжение базы Q1 (VB1) равным примерно половине напряжения питания VS. Использование именно светодиода, а не стабилитрона, предпочтительнее из-за более острого излома характеристики в области малых токов. Кроме того, свечение многих синих светодиодов можно наблюдать при токах менее 10 мкА, что дает возможность контролировать наличие базового тока, свидетельствующего о правильной работе схемы. Чтобы определить необходимое напряжение питание, следует воспользоваться выражением (1):

(1)

Типичное прямое падение напряжение на синем светодиоде равно примерно 3.5 В. Считая, что VBE1 = VBE2 = 0.7 В, находим, что напряжение питания VS должно составлять порядка 9.8 В.

Сопротивление резистора R1, задающего эмиттерный ток транзистора Q1, вычисляется по формуле (2):

(2)

Ток эмиттера следует выбрать примерно таким же, каким он будет в схеме, для которой вы отбираете транзисторы, поскольку β зависит от эмиттерного и коллекторного тока. Если пара установленных в приспособление транзисторов согласована (β1 = β2), падения напряжения на R1 и R2 будут одинаковыми, и вольтметр покажет 0.

Рисунок 2. В упрощенной схеме вольтметр можно заменить парой встречно-параллельных красных светодиодов.

На Рисунке 2 показана функционально эквивалентная схема с упрощенной индикацией баланса. При одинаковых коэффициентах передачи тока транзисторов ни один из красных светодиодов D2 и D3 не должен включаться.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

(с дополнительной симметрией)

Кл1 – включен

Кл1 – выключен

Заряд – С*U=Iзар*tзар ;

Разряд — С*U=Iразр*tразр ;

Читайте также:  Как найти максимальную силу действующую на тело

Если Iзар=Iразр, то =, или

Если Rоткрт2=Rоткрт3, то =.

Структура цифрового ключа на комплементарной паре полевых транзисторов (к-моп).

Т1 и Т2 – взаимодополняющие друг друга (комплементарные) транзисторы.

Еп выбирается из условия:

То исключается сквозной ток.

Uзипорт1 и Uзипорт2 — пороговые напряжения транзисторов Т1 и Т2 соответственно.

Достоинства цифрового К-МОП ключа

1. Низкое потребление энергии от Еп в статических состояниях.

2. Высокая помехоустойчивость, обусловленная высокой

разницей напряжений на выходе при различных состояниях ключа:

открытое – единицы мкВ;

закрытое – почти +Еп.

3. Повышенное быстродействие, т.к. заряд и разряд конденсатора

Сн происходят через транзисторы Т1 и Т2 большими токами Iст1 и Iст2, соответственно. Чем больше Еп, тем большие отпирающий потенциал на затворах транзисторов, тем выше значения Iст1 и Iст2, а значит и выше быстродействие.

Эти достоинства и отработанность технологии изготовления являются причиной широкого использования К-МОП ключей в интегральной схемотехнике.

Усилители постоянного тока (упт). Дрейф нуля.

Для усиления медленно изменяющихся напряжений или токов необходимы усилители, полоса пропускания которых начинается с нулевой частоты, т.е. fн=0. Такие усилители во многих случаях должны усиливать чрезвычайно слабые сигналы (в области микровольт), поэтому в них приходится применять несколько каскадов усиления.

Соединения каскадов между собой в таких усилителях, а также с источником сигналов, сопряжено с преодолением больших трудностей. Очевидно, что в УПТ в межкаскадных связях не могут быть использованы ни трансформаторы, ни разделительные конденсаторы.

Единственной схемой межкаскадной связи, пригодной для УПТ прямого усиления, является схема гальванической связи.

Однако, наличие такой связи создает, как минимум две проблемы:

1. Согласование режимов работы отдельных каскадов как по постоянному, так и по переменному току.

2. Дрейф нуля – это изменение выходного сигнала, не связанное с воздействием входного сигнала, а обусловленное внутренними процессами в усилителе (температурные и временные изменения параметров усилительных элементов – Iк0, β и т.д.).

Напряжение дрейфа на выходе УПТ может оказаться одного порядка с напряжением полезного сигнала или даже больше его, что приведет к недопустимым искажениям усиливаемого сигнала.

Два вида дрейфа нуля:

абсолютный дрейф на выходе;

приведенный дрейф ко входу.

Абсолютный дрейф нуля – это максимальное изменение напряжения на выходе при коротком замыкании на входе.

Приведенный ко входу дрейф равен отношению абсолютного дрейфа к коэффициенту усиления:

Величина Uдр вх ограничивает минимально различимый входной сигнал, т.е. определяет чувствительность усилителя.

Читайте также:  Что значит через встроенный модуль wifi

Для борьбы с указанными проблемами УПТ прямого усиления применяются специальные схемно-технические решения.

Одним из главных решений повышения устойчивости работы УПТ являются применение балансных (мостовых) схем.

Многие любители высококачественного звуковоспроизведения уже давно оценили достоинство использования комплементарных полевых транзисторов в выходных каскадах УНЧ. Достоинство это не скрывается под большими семейными трусами, а наоборот так и норовит прорости наружу в виде красивого ("мягкого/лампового") звучания, малого уровня искажений и устойчивости к перегрузкам.
А по таким параметрам, как коэффициент демпфирования, передача низких и высоких частот, ширина рабочей полосы пропускания — они превосходят даже классические образцы ламповых усилителей.

Итак. Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед вакуумными приборами и биполярными транзисторами.

Теперь о главном — какие выбрать полевики!

Начнём с исходной точки — мощных и дорогих комплементарных полевых транзисторов, специально разработанных для аудиоаппаратуры. Такие транзисторы отличаются слабой зависимостью крутизны (forward transfer admitance) от тока стока и сглаженными выходными ВАХ.
Параметры некоторых специализированных КМОП транзисторов, приведены в табл. 1.

Транзистор Канал UСИmax , В UЗИmax , В IСmax , А RСИ , Ом Pmax , Вт СЗИ , пФ
10N20
20N20 (Exicon)
N-кан 200 ±14 8
16
125
250
500
950
10P20
20P20 (Exicon)
P-кан 200 ±14 8
16
125
250
700
1900
2SK133
2SK134
2SK135 (Hitachi)
N-кан 120
140
160
±14 7 100 600
2SJ48
2SJ49
2SJ50 (Hitachi)
P-кан 120
140
160
±14 7 100 900
2SK1056
2SK1057
2SK1058 (Hitachi)
N-кан 120
140
160
±15 7 100 600
2SJ160
2SJ161
2SJ162 (Hitachi)
P-кан 120
140
160
±15 7 100 900
2SK175 (Hitachi) N-кан 180 ±15 8 1,7 125
2SJ55 (Hitachi) P-кан 180 ±15 8 1,0 125
2SK1529
2SK1530 (Toshiba)
N-кан 180
200
±20 10
12
120
150
700
900
2SJ200
2SJ201 (Toshiba)
P-кан 180
200
±20 10
12
120
150
1300
1500
BUZ900P
BUZ901P
N-кан 160
180
±14 8 125 500
BUZ905P
BUZ906P
P-кан 160
180
±14 8 125 730

Ненамного худшими параметрами будут обладать усилители, построенные на массовых, а потому недорогих, мощных MOSFET-ах, изначально предназначенных для коммутационных (Fast Switching) миссий. Причём по некоторым характеристикам, таким как: крутизна характеристики, сопротивление сток-исток в открытом состоянии, подобные транзисторы превосходят своих специализированных аудио коллег.

Читайте также:  Объектно ориентированное программирование делфи

Количество такого Fast Switching комплементарного MOSFET-добра никем немерено, поэтому ограничусь параметрами всего лишь нескольких КМОП экземпляров, наиболее популярных в радиолюбительском УНЧ-строении.

Транзистор Канал UСИ max , В UЗИ max , В IС max , А RСИ , Ом Pmax , Вт СЗИ , пФ
IRFZ34 N-кан 55 ±20 29 0,04 68 700
IRF9Z34N P-кан 55 ±20 19 0,1 68 620
IRF130
IRF131
IRF132
IRF133
N-кан 100
60
100
60
±20 14
14
12
12
0,18
0,18
0,25
0,25
75 600
IRF9130
IRF9131
IRF9132
IRF9133
P-кан 100
60
100
60
±20 12
12
10
10
0,3
0,3
0,4
0,4
75 700
IRF530
IRF531
IRF532
IRF533
N-кан 100
60
100
60
±20 14
14
12
12
0,18
0,18
0,25
0,25
75 600
IRF9530
IRF9531
IRF9532
IRF9533
P-кан 100
60
100
60
±20 12
12
10
10
0,3
0,3
0,4
0,4
75 700
IRF540
IRF541
IRF542
IRF543
N-кан 100
80
100
80
±20 28
28
25
25
0,077
0,077
0,1
0,1
125 1450
IRF9540
IRF9541
IRF9542
IRF9543
P-кан 100
80
100
80
±20 19
19
15
15
0,2
0,2
0,3
0,3
125 1100
IRF630
IRF631
IRF632
IRF633
N-кан 200
150
200
150
±20 9
9
8
8
0,4
0,4
0,5
0,5
75 600
IRF9630
IRF9631
IRF9632
IRF9633
P-кан 200
150
200
150
±20 6,5
6,5
5,5
5,5
0,8
0,8
1,2
1,2
75 560
IRF640
IRF641
IRF642
IRF643
N-кан 200
150
200
150
±20 18
18
16
16
0,18
0,18
0,22
0,22
125 1600
IRF9640
IRF9641
IRF9642
IRF9643
P-кан 200
150
200
150
±20 11
11
8
8
0,5
0,5
0,7
0,7
125 1100
IRFP140 N-кан 100 ±20 31 0,077 180 1275
IRFP9140 P-кан 100 ±20 21 0,2 180 1300

А для желающих ознакомиться с примерами схем УНЧ с выходными каскадами, построенными на мощных комплементарных транзисторах, приведу несколько ссылок:

Схема усилителя низкой частоты на мощных полевых транзисторах, реализованная по чисто ламповой схемотехнике Ссылка на схему .

Схемы УНЧ на TDA7293 мощностью 200 Вт и выходными каскадами на полевых транзисторах Ссылка на схему .

Схемы УНЧ на TDA7293 мощностью 800 Вт и выходными каскадами на полевых транзисторах Ссылка на схему .

Ссылка на основную публикацию
Что делать если плохо работает отпечаток пальца
Владельцы современных смартфонов на платформе Android нередко сталкиваются с тем, что сканер отпечатков пальцев реагирует недостаточно быстро и точно. Зачастую...
Хайскрин пауэр айс эво
Вас интересуют характеристики Highscreen Power Ice Evo (Хайскрин Повер Ис Эво)? Мы собрали всю важную информацию, чтобы помочь определиться с...
Халявные страницы в вк логины и пароли
Please complete the security check to access youhack.ru Why do I have to complete a CAPTCHA? Completing the CAPTCHA proves...
Что делать если пропал звук в наушниках
Всё о Интернете, сетях, компьютерах, Windows, iOS и Android Нет звука в наушниках на телефоне — что делать?! А Вы...
Adblock detector