Gleichstromverstärkung in komplementären Transistoren

Zusätzlich zu der Antwort von peufeu möchte ich erwähnen, dass Ihre Schaltung kein gutes Design ist, wenn Ihre Schaltung erfordert , dass die Beta innerhalb von 10% übereinstimmt .

Es ist schwierig und kostspielig, angepasste Beta-Werte zu erhalten, aber es ist nicht schwierig oder kostspielig, Ihre Schaltung so zu verbessern, dass der Wert von Beta weniger relevant wird.

Erfahrene Schaltungsdesigner dimensionieren ihre Schaltungen normalerweise so, dass die Schaltung sogar für den niedrigsten erwarteten Wert von Beta und höhere Werte funktioniert. Anstatt beispielsweise einen einzelnen Transistor zu verwenden, könnten Sie eine Darlington- Konfiguration erstellen, die Beta stark erhöht . Verwenden Sie dann (lokales) Feedback, damit sich die Schaltung so verhält, wie Sie es benötigen.

Ich weiß, das hört sich leichter gesagt (aufgeschrieben) als getan an. Was Sie tun können, um zu sehen, wie dies gemacht wird, ist, sich gängige Designs von beispielsweise Audio-Leistungsverstärkern anzusehen und zu sehen, wie die Transistoren verwendet werden.

Außerdem sind TIP2955 und TIP3055 uralt und auch dafür bekannt, dass sie sehr kleine Betas haben, wenn Ic groß wird. Aus diesem Grund verwenden viele alte Audioverstärker-Designs, die diese Transistoren verwendeten, eine Art Darlington-Konfiguration.

Beachten Sie auch, dass bei diesen Audioverstärkern der Wert von Beta nicht den Ausgangsstrom bestimmt. Obwohl eine Ausgangsstufe mit gemeinsamem Kollektor der Klasse B eine Stromverstärkung von Beta hat, ist das Audiosignal eine Spannung , so dass es nicht direkt von Beta beeinflusst wird. Mein Punkt ist, dass es selbst mit einer anderen Beta für NPN und PNP immer noch möglich ist, eine anständige Klasse-B-Ausgangsstufe herzustellen.

Ist dies wirklich nur auf 10 % abgestimmt?

Schneller Datenblattcheck :

Tatsächlich scheint hFe zwischen den beiden gut zusammenzupassen, aber bedenken Sie, dass diese Kurven typische Eigenschaften darstellen. Nur die Werte in der Merkmalstabelle werden vom Hersteller garantiert:

Unter den angegebenen Bedingungen (Ic=4A Vce=4V) beträgt das Minimum hFe 20 und das Maximum 70. Der hFe-Wert um 50 aus der obigen Kurve liegt genau in der Mitte, also sollten wir eine Gaußsche Verteilung erwarten, aber sie re nicht über seine Varianz zu sagen. Außerdem variiert hFe stark in Abhängigkeit von der Temperatur:

Die Kurven stammen von einem anderen Transistor, aber Sie haben die Idee. Da es sich um Leistungstransistoren handelt, werden sie vermutlich in einer Endstufe verwendet und erwärmen sich daher, und zwar nicht unbedingt auf die gleiche Temperatur, auch die Temperatur variiert, und möglicherweise ist ein Transistor auf einem kühleren Teil der Wärme montiert sinken usw.

Mit anderen Worten, die Wahrheit liegt unter bestimmten Bedingungen „zwischen 20 und 70“, was nichts mit dieser „hFe-Anpassung an 10 %“-Sache zu tun hat.

Ein ähnliches hFe für beide Transistoren bedeutet, dass beide die Treiberschaltung (die ihren Basisstrom bereitstellt) auf die gleiche Weise laden, und dies sollte einige Formen von Verzerrungen reduzieren.

Das würden Sie normalerweise von einem "komplementären Paar" erwarten: zwei Transistoren, die der Hersteller versuchen wird, ziemlich ähnlich zu machen, aber wirklich nicht genug, um als "gepaart" bezeichnet zu werden. Außerdem ist es nicht möglich, NPN und PNP mit identischen Eigenschaften herzustellen.

Wenn Sie möchten, dass zwei Transistoren so aufeinander abgestimmt und identisch wie möglich sind, besteht die einzige Möglichkeit darin, sie aus demselben Siliziumwafer herzustellen und sie nebeneinander zu haben, damit sie unter genau denselben Bedingungen hergestellt werden. Sie müssen vom gleichen Typ sein (z. B. 2 x NPN).

Beispiel: SSM2220 oder deutlich günstigere DMMT-Serie. In diesem Fall sind die Transistoren mit geringer Leistung im selben Gehäuse, um zu versuchen, ihre Temperatur so nah wie möglich zu halten, und sie befinden sich entweder auf demselben Siliziumchip oder von demselben Siliziumwafer mit genau kontrollierter Anpassung, die durch Tests verifiziert wird. Ein sehr wichtiger Punkt bei diesen angepassten Transistoren ist die Vbe-Anpassung, da dies die Eingangs-Offsetspannung bestimmt, wenn sie als Paar mit langem Schwanz verwendet werden.

PS: Wenn du einen Audio-Amp bauen willst, ist 2955/3055 in Klasse B nicht wirklich zu empfehlen.

BEARBEITEN:

Es ist einfacher, NPN und NPN aufeinander abzustimmen, da es sich um denselben Herstellungsprozess handelt und Sie beide Transistoren unter genau denselben Bedingungen, demselben Wafer und demselben Herstellungslauf herstellen können.

Wenn sie jedoch nicht nebeneinander auf demselben Wafer hergestellt werden, sind Dinge wie Dotierung, Dampfabscheidung usw. auf Ihrem Wafer niemals vollkommen gleichmäßig und ändern sich über Wafer hinweg ... Ihre beiden "identischen" Transistoren haben also viel der Streuung in ihren Eigenschaften ... es ist eine Tatsache der Herstellung von Siliziumchips.

NPN und PNP verwenden unterschiedliche Herstellungsprozesse, wobei unterschiedliche Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden, was von unterschiedlichen Parametern abhängt ... daher ist es noch schwieriger, sie aufeinander abzustimmen.

Also 10% sind eigentlich gar nicht schlecht.

Eine Analogie wäre: Eine Maschine, die Schrauben herstellt, kann problemlos nahezu identische Schrauben im selben Fertigungslos herstellen, solange sie dieselben Werkzeuge und Einstellungen verwendet, ohne dass sie sehr genau eingestellt werden müssen. Aber wenn Sie Muttern herstellen möchten, die genau zu den Schrauben passen, dann müssen Sie Ihre Mutternherstellungsmaschine sehr genau auf Ihre Schraubenherstellungsmaschine einstellen, was viel schwieriger ist ...