Схема дарлингтона pnp: Транзистор дарлингтона pnp

2.16. Составной транзистор (схема Дарлингтона)

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

Некоторые типы усилительных каскадов

Подразделы: 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20

Если соединить транзисторы, как показано на рис. 2.60, то полученная схема будет работать как один транзистор, причем его коэффициент β будет равен произведению коэффициентов β составляющих транзисторов. Этот прием полезен для схем, работающих с большими токами (например, для стабилизаторов напряжения или выходных каскадов усилителей мощности) или для входных каскадов усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс.

Рис. 2.60. Составной транзистор Дарлингтона.

В транзисторе Дарлингтона падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде (так как потенциал эмиттера транзистора Т₁ должен превышать потенциал эмиттера транзистора Т₂, на величину падения напряжения на диоде).

Кроме того, соединенные таким образом транзисторы ведут себя как один транзистор с достаточно малым быстродействием, так как транзистор T₁ не может быстро выключить транзистор Т₂. С учетом этого свойства обычно между базой и эмиттером транзистора Т₂ включают резистор (рис. 2.61). Резистор R предотвращает смешение транзистора Т₂ в область проводимости за счет токов утечки транзисторов Т₁ и Т₂. Сопротивление резистора выбирают так, чтобы токи утечки (измеряемые в наноамперах для малосигнальных транзисторов и в сотнях микроампер для мощных транзисторов) создавали на нем падение напряжения, не превышающее падения напряжения на диоде, и вместе с тем чтобы через него протекал ток. малый по сравнению с базовым током транзистора Т₂. Обычно сопротивление R составляет несколько сотен ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько тысяч ом в малосигнальном транзисторе Дарлингтона.

Рис. 2.61. Повышение скорости выключения в составном транзисторе Дарлингтона.

Промышленность выпускает транзисторы Дарлингтона в виде законченных модулей, включающих, как правило, и эмиттерный резистор. Примером такой стандартной схемы служит мощный n-p-n — транзистор Дарлингтона типа 2N6282, его коэффициент усиления по току равен 4000 (типичное значение) для коллекторного тока, равного 10 А.

Соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai). Соединение транзисторов по схеме Шиклаи представляет собой схему, подобную той. которую мы только что рассмотрели. Она также обеспечивает увеличение коэффициента β. Иногда такое соединение называют комплементарным транзистором Дарлингтона (рис. 2.62). Схема ведет себя как транзистор n-p-n — типа, обладающий большим коэффициентом β. В схеме действует одно напряжение между базой и эмиттером, а напряжение насыщения, как и в предыдущей схеме, равно по крайней мере падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора Т

2 рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением. Разработчики применяют эту схему в мощных двухтактных выходных каскадах, когда хотят использовать выходные транзисторы только одной полярности. Пример такой схемы показан на рис. 2.63. Как и прежде, резистор представляет собой коллекторный резистор транзистора T₁ Транзистор Дарлингтона, образованный транзисторами Т₂ и Т₃. ведет себя как один транзистор n-p-n — типа. с большим коэффициентом усиления по току. Транзисторы Т₄ и Т₅, соединенные по схеме Шиклаи, ведут себя как мощный транзистор p-n-p — типа. с большим коэффициентом усиления. Как и прежде, резисторы R₃ и R₄ имеют небольшое сопротивление. Эту схему иногда называют двухтактным повторителем с квазидополнительной симметрией. В настоящем каскаде с дополнительной симметрией (комплементарном) транзисторы Т

4 и Т₅, были бы соединены по схеме Дарлингтона.

Рис. 2.62. Соединение транзисторов по схеме Шиклаи («дополняющий транзистор Дарлингтона»).

Рис. 2.63. Мощный двухтактный каскад, в котором использованы выходные транзисторы только n-p-n — типа.

Транзистор со сверхбольшим значением коэффициента усиления по току. Составные транзисторы — транзистор Дарлингтона и ему подобные — не следует путать с транзисторами со сверхбольшим значением коэффициента усиления по току, в которых очень большое значение коэффициента h_21э получают в ходе технологического процесса изготовления элемента. Примером такого элемента служит транзистор типа 2N5962. для которого гарантируется минимальный коэффициент усиления по току, равный 450, при изменении коллекторного тока в диапазоне от 10 мкА до 10 мА; этот транзистор принадлежит к серии элементов 2N5961-2N5963, которая характеризуется диапазоном максимальных напряжений U

кэ от 30 до 60 В (если коллекторное напряжение должно быть больше, то следует пойти на уменьшение значения C). Промышленность выпускает согласованные пары транзисторов со сверхбольшим значением коэффициента β. Их используют в усилителях с низким уровнем сигнала, для которых транзисторы должны иметь согласованные характеристики; этому вопросу посвящен разд. 2.18. Примерами подобных стандартных схем служат схемы типа LM394 и МАТ-01; они представляют собой транзисторные пары с большим коэффициентом усиления, в которых напряжение U_бэ согласовано до долей милливольта (в самых хороших схемах обеспечивается согласование до 50 мкВ), а коэффициент h

21э — до 1%. Схема типа МАТ-03 представляет собой согласованную пару p-n-p — транзисторов.

Транзисторы со сверхбольшим значением коэффициента β можно объединять по схеме Дарлингтона. При этом базовый ток смещения можно сделать равным всего лишь 50 пкА (примерами таких схем служат операционные усилители типа LM111 и LM316.

Подразделы: 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20

Некоторые типичные транзисторные схемы

Составной транзистор. Транзисторная сборка Дарлингтона.

Если открыть любую книгу по электронной технике, сразу видно как много элементов названы по именам их создателей: диод Шоттки, диод Зенера (он же стабилитрон), диод Ганна, транзистор Дарлингтона.

Инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington) экспериментировал с коллекторными двигателями постоянного тока и схемами управления для них. В схемах использовались усилители тока.

Инженер Дарлингтон изобрёл и запатентовал транзистор, состоящий из двух биполярных и выполненный на одном кристалле кремния с диффундированными n (негатив) и p (позитив) переходами. Новый полупроводниковый прибор был назван его именем.

В отечественной технической литературе транзистор Дарлингтона называют составным. Итак, давайте познакомимся с ним поближе!

Устройство составного транзистора.

Как уже говорилось, это два или более транзисторов, изготовленных на одном полупроводниковом кристалле и запакованные в один общий корпус. Там же находится нагрузочный резистор в цепи эмиттера первого транзистора.

У транзистора Дарлингтона те же выводы, что и у всем знакомого биполярного: база (Base), эмиттер (Emitter) и коллектор (Collector).

Схема Дарлингтона

Как видим, такой транзистор представляет собой комбинацию нескольких. В зависимости от мощности в его составе может быть и более двух биполярных транзисторов. Стоит отметить, что в высоковольтной электронике также применяется транзистор, состоящий из биполярного и полевого. Это IGBT транзистор. Его также можно причислить к составным, гибридным полупроводниковым приборам.

Основные особенности транзистора Дарлингтона.

Основное достоинство составного транзистора это большой коэффициент усиления по току.

Следует вспомнить один из основных параметров биполярного транзистора. Это коэффициент усиления (h₂₁). Он ещё обозначается буквой β («бета») греческого алфавита. Он всегда больше или равен 1. Если коэффициент усиления первого транзистора равен 120, а второго 60 то коэффициент усиления составного уже равен произведению этих величин, то есть 7200, а это очень даже неплохо. В результате достаточно очень небольшого тока базы, чтобы транзистор открылся.

Инженер Шиклаи (Sziklai) несколько видоизменил соединение Дарлингтона и получил транзистор, который назвали комплементарный транзистор Дарлингтона. Вспомним, что комплементарной парой называют два элемента с абсолютно одинаковыми электрическими параметрами, но разной проводимости. Такой парой в своё время были КТ315 и КТ361. В отличие от транзистора Дарлингтона, составной транзистор по схеме Шиклаи собран из биполярных разной проводимости: p-n-p и n-p-n. Вот пример составного транзистора по схеме Шиклаи, который работает как транзистор с n-p-n проводимостью, хотя и состоит из двух различной структуры.

схема Шиклаи

К недостаткам составных транзисторов следует отнести невысокое быстродействие, поэтому они нашли широкое применение только в низкочастотных схемах. Такие транзисторы прекрасно зарекомендовали себя в выходных каскадах мощных усилителей низкой частоты, в схемах управления электродвигателями, в коммутаторах электронных схем зажигания автомобилей.

Хорошо зарекомендовал себя для работы в электронных схемах зажигания мощный n-p-n транзистор Дарлингтона BU931.

Основные электрические параметры:

• Напряжение коллектор – эмиттер 500 V;

• Напряжение эмиттер – база 5 V;

• Ток коллектора – 15 А;

• Ток коллектора максимальный – 30 А;

• Мощность рассеивания при 25°C – 135 W;

• Температура кристалла (перехода) – 175°C.

На принципиальных схемах нет какого-либо специального значка-символа для обозначения составных транзисторов. В подавляющем большинстве случаев он обозначается на схеме как обычный транзистор. Хотя бывают и исключения. Вот одно из его возможных обозначений на принципиальной схеме.

Напомню, что сборка Дарлингтона может иметь как p-n-p структуру, так n-p-n. В связи с этим, производители электронных компонентов выпускают комплементарные пары. К таким можно отнести серии TIP120-127 и MJ11028-33. Так, например, транзисторы TIP120, TIP121, TIP122 имеют структуру n-p-n, а TIP125, TIP126, TIP127 — p-n-p.

Также на принципиальных схемах можно встретить и вот такое обозначение.

Примеры применения составного транзистора.

Рассмотрим схему управления коллекторным двигателем с помощью транзистора Дарлингтона.

При подаче на базу первого транзистора тока порядка 1мА через его коллектор потечёт ток уже в 1000 раз больше, то есть 1000мА. Получается, что несложная схема обладает приличным коэффициентом усиления. Вместо двигателя можно подключить электрическую лампочку или реле, с помощью которого можно коммутировать мощные нагрузки.

Если вместо сборки Дарлингтона использовать сборку Шиклаи то нагрузка подключается в цепь эмиттера второго транзистора и соединяется не с плюсом, а с минусом питания.

Если совместить транзистор Дарлингтона и сборку Шиклаи, то получится двухтактный усилитель тока. Двухтактным он называется потому, что в конкретный момент времени открытым может быть только один из двух транзисторов, верхний или нижний. Данная схема инвертирует входной сигнал, то есть выходное напряжение будет обратно входному.

Это не всегда удобно и поэтому на входе двухтактного усилителя тока добавляют ещё один инвертор. В этом случае выходной сигнал в точности повторяет сигнал на входе.

Применение сборки Дарлингтона в микросхемах.

Широко используются интегральные микросхемы, содержащие несколько составных транзисторов. Одной из самых распространённых является интегральная сборка L293D. Её частенько применяют в своих самоделках любители робототехники. Микросхема L293D — это четыре усилителя тока в общем корпусе. Поскольку в рассмотренном выше двухтактном усилителе всегда открыт только один транзистор, то выход усилителя поочерёдно подключается или к плюсу или к минусу источника питания. Это зависит от величины входного напряжения. По сути дела мы имеем электронный ключ. То есть микросхему L293 можно определить как четыре электронных ключа.

Вот «кусочек» схемы выходного каскада микросхемы L293D, взятого из её даташита (справочного листа).

Как видим, выходной каскад состоит из комбинации схем Дарлингтона и Шиклаи. Верхняя часть схемы — это составной транзистор по схеме Шиклаи, а нижняя часть выполнена по схеме Дарлингтона.

Многие помнят те времена, когда вместо DVD-плееров были видеомагнитофоны. И с помощью микросхемы L293 осуществлялось управление двумя электродвигателями видеомагнитофона, причём в полнофункциональном режиме. У каждого двигателя можно было управлять не только направлением вращения, но подавая сигналы с ШИМ-контроллера можно было в больших пределах управлять скоростью вращения.

Весьма обширное применение получили и специализированные микросхемы на основе схемы Дарлингтона. Примером может служить микросхема ULN2003A (аналог К1109КТ22). Эта интегральная схема является матрицей из семи транзисторов Дарлингтона. Такие универсальные сборки можно легко применять в радиолюбительских схемах, например, радиоуправляемом реле. Об этом я поведал тут.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Параметры транзисторов MOSFET.

• Что такое супрессор?

 

PNP и NPN Пара транзисторных усилителей Дарлингтона Схемы

В этом уроке мы узнаем о транзисторе Дарлингтона или паре Дарлингтона. Мы увидим, для чего используется пара Дарлингтона, несколько примеров схем, некоторые общие приложения, преимущества и недостатки.

Краткое описание

Знакомство с транзистором Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона или просто пара Дарлингтона в основном используются для обеспечения очень высокого коэффициента усиления по току даже при низком базовом токе. Конфигурация Дарлингтона была изобретена Сидни Дарлингтоном в 19 году.53.

На современном рынке доступно большое разнообразие транзисторов Дарлингтона, которые различаются по полярности, току коллектора, рассеиваемой мощности, типу корпуса, максимальному напряжению СЕ и так далее.

[адсенс1]

Эти транзисторы используются в различных устройствах, таких как регуляторы мощности, контроллеры электродвигателей, аудиоусилители и т. д. Многие схемы оптоизоляторов изготовлены из транзисторов Дарлингтона для обеспечения высокой допустимой нагрузки по току на выходном каскаде. Давайте кратко рассмотрим этот транзистор с приложениями.

Транзистор Дарлингтона

НАВЕРХ

Почему мы используем транзистор Дарлингтона?

Как известно, для перевода транзистора в режим проводимости требуется небольшой ток базы, когда база подключена как вход, эмиттер как общий, а коллектор как выход.

Но, когда мы рассматриваем нагрузку на клемме коллектора, этого небольшого тока базы может быть недостаточно для перевода транзистора в проводимость. Коэффициент усиления по току или бета транзистора представляет собой отношение тока коллектора к току базы.

Коэффициент усиления транзистора или коэффициент усиления по току (β) = ток нагрузки или коллектора/входной или базовый ток

Ток нагрузки = коэффициент усиления по току (β) × ток базы

Для нормального транзистора значение β равно 100. что ток, доступный для управления нагрузкой, в 100 раз больше входного тока транзистора.

Рассмотрим рисунок ниже, где NPN-транзистор используется для переключения лампы с переменным резистором, подключенным между истоком и базовой клеммой. Здесь, в этой схеме, ток базы является единственным фактором, определяющим ток, протекающий через коллектор и эмиттер, так что свет будет светиться от тусклого до очень яркого за счет изменения сопротивления переменного резистора.

Если значение сопротивления переменного резистора больше, ток базы уменьшается, поэтому транзистор закрывается. Когда сопротивление слишком мало, через базу будет протекать достаточный ток, что приводит к очень большому току, протекающему через лампу, поэтому лампа становится ярче. Это усиление тока в транзисторе.

Стандартное переключение одного транзистора

В приведенном выше примере мы видели управление нагрузкой (лампой) с использованием одного транзистора. Но в некоторых приложениях входного базового тока от источника может быть недостаточно для управления нагрузкой. Мы знаем, что ток нагрузки в транзисторе является произведением входного тока и коэффициента усиления транзистора.

[адсенс2]

Поскольку увеличение тока базы невозможно из-за источника питания, единственный способ увеличить допустимый ток нагрузки — увеличить коэффициент усиления транзистора. Но он также фиксирован для каждого транзистора. Однако мы можем увеличить усиление, используя комбинацию из двух транзисторов. Эта конфигурация называется конфигурацией транзистора Дарлингтона.

НАВЕРХ

Транзистор Дарлингтона или пара Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона представляет собой встречное соединение двух транзисторов, которое представляет собой полный пакет с тремя выводами базы, эмиттера и коллектора, что эквивалентно одиночному транзистору. Пара биполярных транзисторов обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по току по сравнению с упомянутым выше одним стандартным транзистором.

Пара этих транзисторов может быть PNP или NPN в зависимости от используемого приложения. На рисунке ниже показана конфигурация пары Дарлингтона с транзисторами NPN и PNP.

Конфигурации транзистора Дарлингтона

Рассмотрим конфигурацию NPN транзистора Дарлингтона. При этом очень маленький ток базы вызывает протекание большого тока эмиттера, который затем подается на базу следующего транзистора.

Усиленный ток в первом транзисторе снова усиливается коэффициентом усиления по току второго транзистора. Следовательно, ток эмиттера второго транзистора очень велик, что достаточно для работы с высокими нагрузками.

Предположим, если коэффициент усиления по току первого транзистора равен β1, а коэффициент усиления по току следующего транзистора равен β2, то общий коэффициент усиления по току транзисторов будет произведением β1 и β2. Для стандартного транзистора β равно 100. Таким образом, общий коэффициент усиления по току составляет 10000. Это значение очень велико по сравнению с одним транзистором, поэтому такой высокий коэффициент усиления по току дает высокий ток нагрузки.

Обычно для включения транзистора базовое входное напряжение должно быть выше 0,7 В. Поскольку в этой конфигурации используются два транзистора, базовое напряжение должно быть больше 1,4 В.

Из рисунка, усиление тока первого транзистора

β ₁ = I _C1 /I _B1,

Следовательно, I _C1 = β ₁ I _B1

₁ I _B1 = β ₁ I _B1 . коэффициент усиления по току следующего транзистора,

β ₂ = I _C2 /I _B2, then I _C2  = β ₂  I _B2

Total current at the collector is I _C = I _C1 +I _C2

I _C = β ₁ I _B1 + β ₂ I _B2

Но базовый ток второго транзистора,

I _B2 = I _B + I _{+ I + I + I + I + I C + I + I + I C + I C + I C + I B2 .}

I _B2 = β ₁ I _B + I _B

I _B2 = I _B (1 + β ₁ )

Substituting in the above equation,

I _C = β ₁ I _B + β ₂ I _B (1 + β ₁ )

I _C = I _B (β ₁ + β ₂ + β ₁ β ₂ )

В приведенном выше соотношении пренебрегают индивидуальными выигрышами, а полное уравнение аппроксимируется как

I _C = I _B (β ₁ β ₂ )

, который является общим усилением,

β = (β ₁ β ₂ )

9002 и 6. β ₂ )

9002 и также 6. β ₂ )

666. β ₂ ) 6. β ₂ ) 6. BE  = V _BE1 + V _BE2.

НАВЕРХ

Пример схемы транзистора Дарлингтона

Рассмотрим следующую схему, в которой пара Дарлингтона используется для переключения нагрузки, рассчитанной на 12 В и 80 Вт. Коэффициенты усиления по току первого и второго транзисторов равны 50 и 60 соответственно. Таким образом, базовый ток, необходимый для полного включения лампы, рассчитывается следующим образом.

Схема транзистора Дарлингтона

Ток коллектора равен току нагрузки,

I _C = 80/12 = 6,67 A

Выходной ток транзистора Дарлингтона определяется как Ic = I + β ₂  + β ₁ β ₂ ),

I _B = I _C  / (β ₁ + β ₂  + β ₁ β ₂ )

Прирост тока, β ₁ = 50 и β ₂   = 60

Итак, I _B = 6,67 / (50 + 60 + (60 × 50))

I _B = 2,2 мА

3 3 малый базовый ток позволяет коммутировать большие ламповые нагрузки. Это небольшое базовое входное напряжение может быть подано с любого выхода микроконтроллера или любых цифровых логических схем.

НАВЕРХ

Применение транзистора Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона в основном используются в переключателях и усилителях для обеспечения очень высокого коэффициента усиления по постоянному току. Некоторыми из ключевых применений являются переключатели высокой и низкой стороны, усилители датчиков и аудиоусилители. Для светочувствительных приложений используются фотодарлингтоны. Давайте посмотрим на работу транзистора Дарлингтона для конкретного приложения.

НАВЕРХ

Транзистор Дарлингтона NPN в качестве переключателя

На приведенном ниже рисунке показано управление светодиодом с использованием транзистора Дарлингтона. Переключатель на базовой клемме также можно заменить датчиком прикосновения, чтобы при прикосновении загорался светодиод. Резистор на 100 кОм действует как защитный резистор для пары транзисторов.

Транзистор Дарлингтона в качестве переключателя

• Когда переключатель замкнут, на транзистор Дарлингтона подается заданное напряжение более 1,4 В. Это приводит к тому, что пара Дарлингтона становится активной и пропускает ток через нагрузку. В результате светодиод светится очень ярко, даже при изменении сопротивления на базе.
• Когда ключ разомкнут, оба биполярных транзистора находятся в режиме отсечки и ток через нагрузку равен нулю. Таким образом, светодиод гаснет.
• Также можно использовать пару Дарлингтона для управления индуктивными нагрузками, такими как реле, двигатели. По сравнению с одним транзистором управление индуктивной нагрузкой с помощью пары Дарлингтона более эффективно, поскольку она обеспечивает высокий ток нагрузки при малом входном токе базы.
• На рисунке ниже показана пара Дарлингтона, которая управляет катушкой реле. Как мы знаем, для индуктивных нагрузок необходим параллельный обратный диод для защиты цепи от наведенных токов. Подобно приведенной выше схеме работы светодиодной схемы, катушка реле получает питание при подаче базового тока. Мы также можем использовать двигатель постоянного тока в качестве индуктивной нагрузки вместо катушки реле.

Транзистор Дарлингтона для переключения реле

НАВЕРХ

Транзистор Дарлингтона PNP в качестве переключателя

• Мы можем использовать транзисторы PNP в качестве пары Дарлингтона, но чаще всего используются транзисторы NPN. Нет большой разницы в схеме с использованием NPN или PNP. На рисунке ниже показана простая схема датчика, которая выдает сигнал тревоги при функционировании пары Дарлингтона.
• Эта схема представляет собой простой индикатор уровня воды, в котором в качестве переключателя используется пара Дарлингтона. Мы знаем, что эта конфигурация транзистора обеспечивает большой ток коллектора, поэтому он может управлять зуммером на выходе.
• Когда уровень воды недостаточен для закрытия датчика, транзистор Дарлингтона находится в выключенном состоянии. Следовательно, цепь становится разомкнутой, и ток по ней не течет.
• При повышении уровня воды датчик становится активным и подает необходимый базовый ток на пару Дарлингтона. Следовательно, цепь становится короткой, и ток нагрузки течет так, что зуммер издает сигнал тревоги или звук.

Транзистор Дарлингтона PNP в качестве переключателя

НАВЕРХ

Транзистор Дарлингтона в качестве усилителя

В случае усилителей мощности или напряжения сопротивление нагрузки на выходе очень мало, чтобы протекать большой ток. Этот ток протекает через вывод коллектора транзистора, если транзистор используется для усиления. Чтобы быть пригодными для усилителей мощности, транзисторы должны работать с большими токами нагрузки.

Это требование может быть невыполнимо для одного транзистора, который управляется малым базовым током. Для удовлетворения высоких требований по току нагрузки используется пара Дарлингтона, обеспечивающая высокий коэффициент усиления по току.

Транзистор Дарлингтона в качестве усилителя

На приведенном выше рисунке показана схема усилителя класса А, в которой используется конфигурация транзистора Дарлингтона для обеспечения высокого тока коллектора. Транзистор Дарлингтона обеспечивает усиление, равное произведению двух отдельных коэффициентов усиления.

Поэтому при малом токе базы выходной ток на выводе коллектора очень велик. Таким образом, благодаря схеме транзистора Дарлингтона этот усилитель обеспечивает достаточно усиленный ток в нагрузку.

НАВЕРХ

Преимущества пары Дарлингтона

Пара Дарлингтона имеет несколько преимуществ по сравнению со стандартным одиночным транзистором. Некоторые из них:

• Он обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по току, чем стандартный одиночный транзистор
.
• Он предлагает очень высокий входной импеданс или хорошее преобразование импеданса, что позволяет преобразовать вход или источник с высоким импедансом в нагрузку с низким импедансом.
• Они могут состоять из двух отдельных транзисторов или поставляться в одном корпусе.
• Простая и удобная конфигурация схемы, так как используется небольшое количество компонентов.
• В случае пары фото-Дарлингтона вносимый шум намного меньше по сравнению с фототранзистором с внешним усилителем.

НАВЕРХ

Недостатки транзистора Дарлингтона

• Низкая скорость переключения
• Пропускная способность ограничена
• На определенных частотах в цепи отрицательной обратной связи эта конфигурация приводит к фазовому сдвигу.
• Требуемое напряжение база-эмиттер высокое и в два раза превышает напряжение для одного стандартного транзистора.
• Большое рассеивание мощности из-за высокого напряжения насыщения.
• Общий ток утечки высок, поскольку ток утечки первого транзистора усиливается следующим транзистором. Именно поэтому три и более стадий Дарлингтона невозможны.

Таким образом, пара Дарлингтона очень полезна в большинстве приложений, поскольку обеспечивает высокий коэффициент усиления по току при низких токах базы. Несмотря на некоторые ограничения, эти пары широко используются в приложениях, где не требуется высокая частотная характеристика и требуются высокие уровни тока усиления.

В случае схем аудиоусилителя эта конфигурация обеспечивает лучший выходной сигнал. Мы надеемся, что эта статья предоставила качественную информацию по этой теме. Если вы считаете, что этот контент полезен и информативен, не стесняйтесь писать нам свои комментарии в разделе комментариев ниже.

ВЕРНУТЬСЯ К НАЧАЛУ

НАЗАД – ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НА ПОЛЕВЫХ УСТРОЙСТВАХ

ПЕРЕЙДИТЕ К ПЕРВОМУ – ВВЕДЕНИЕ В ТРАНЗИСТОРЫ

0001

Транзистор Дарлингтона был изобретен в 1953 году американским инженером-электриком и изобретателем Сидни Дарлингтоном. В транзисторе Дарлингтона
используются два стандартных транзистора BJT (биполярный переходной транзистор) , которые соединены вместе. Транзистор Дарлингтона подключен по схеме, в которой эмиттер одного транзистора обеспечивает ток смещения на базу другого транзистора.

 

Пара транзисторов Дарлингтона и их конфигурация:

Если мы видим символ транзистора Дарлингтона, мы можем ясно видеть, как соединены два транзистора. На изображениях ниже показаны два типа транзисторов Дарлингтона. С левой стороны это NPN Darlington , а с другой стороны PNP Darlington . Мы видим, что NPN Darlington состоит из двух транзисторов NPN, а PNP Darlington состоит из двух транзисторов PNP. Эмиттер первого транзистора напрямую подключен к базе другого транзистора, также коллекторы двух транзисторов соединены вместе. Эта конфигурация используется как для транзисторов Дарлингтона NPN, так и для PNP. В этой конфигурации пара или 9Транзистор Дарлингтона 0016 обеспечивает гораздо более высокий коэффициент усиления и большие возможности усиления.

 

Обычный биполярный транзистор (NPN или PNP) может работать в двух состояниях: ВКЛ и ВЫКЛ . Нам нужно подать ток на базу, которая управляет током коллектора . Когда мы подаем на базу достаточный ток, биполярный транзистор входит в режим насыщения, и ток течет от коллектора к эмиттеру. Этот ток коллектора прямо пропорционален базовый ток . Отношение тока базы и тока коллектора называется усилением тока транзистора , которое обозначается как бета ( β) . В типичном транзисторе BJT коэффициент усиления по току ограничен в зависимости от спецификации транзистора. Но в некоторых случаях требуется больший коэффициент усиления по току, который не может обеспечить один биполярный транзистор. Пара Дарлингтона идеально подходит для приложений, где требуется высокий коэффициент усиления по току .

 

Перекрестная конфигурация:

Однако конфигурация, показанная на изображении выше, использует два PNP или два NPN, существуют другие конфигурации Дарлингтона или перекрестная конфигурация, где PNP используется с NPN, или NPN используется с PNP. Этот тип перекрестной конфигурации называется парной конфигурацией Шиклая-Дарлингтона или конфигурацией Push-Pull .

 

На изображении выше 9Показаны 0016 Шиклая Дарлингтона пар. Эта конфигурация производит на меньше тепла и имеет преимущества в отношении времени отклика . Мы обсудим это позже. Он используется для усилителя класса AB или там, где необходимы двухтактные топологии.

 

Вот нескольких проектов, в которых мы использовали транзисторы Дарлингтона :

• Генерация тонов с помощью постукивания пальцами с использованием Arduino
• Простая схема детектора лжи на транзисторах
• Цепь ИК-передатчика дальнего действия
Робот следящего за линией
• с использованием Arduino

 

Расчет коэффициента усиления по току пары транзисторов Дарлингтона:

На приведенном ниже изображении мы видим, как два PNP- или два NPN-транзистора соединены вместе.

 

Суммарный коэффициент усиления по току пары Дарлингтона будет равен:

  Коэффициент усиления по току (hFE) = Коэффициент усиления первого транзистора (hFE  1  ) * Коэффициент усиления второго транзистора (hFE  2  )  

 

На изображении выше два транзистора NPN создали конфигурацию Дарлингтона NPN. Два транзистора NPN T1 и T2 соединены вместе в порядке, в котором коллекторы T1 и T2 соединены. Первый транзистор T1 обеспечивает требуемый базовый ток (IB2) для второго транзистора T2 базы. Итак, базовый ток IB1 , управляющий T1 управляет потоком тока на базе T2’ с.

Таким образом, общий коэффициент усиления по току ( β ) достигается, когда ток коллектора равен

  β * IB as hFE = fFE  1  * hFE  2   

 

Поскольку коллектор двух транзисторов соединен вместе, общий ток коллектора (IC) = IC1 + IC2

, как обсуждалось выше, 9000 Коллектор ток β*IB ₁

В этой ситуации текущее усиление равно единице или больше единицы .

Давайте посмотрим, как коэффициент усиления по току является произведением коэффициента усиления по току двух транзисторов .

IB2 управляется током эмиттера T1 , который равен IE1 . IE1 напрямую подключен к T2 . Итак, IB2 и IE1 одинаковы.

  IB2 = IE1  . 

 

Мы можем изменить эту связь с помощью

  IC  1  + IB  1   

 

Меняя IC1 как мы делали ранее, получаем

  β  1  ИБ  1  + ИБ  1  
  IB  1  (β  1  + 1)  

 

Теперь, как и раньше, мы видели, что

  IC = β  1  IB  1  + β  2  IB  2  
  As, IB2 или IE2 = IB1 (β1 + 1)
IC = β  1  IB  1  + β    2    IB    1    (β1 + 17) 9000
  IC = β  1  IB  1   + β      2       IB      1       β  1   + β      2       IB      1   
IC = {  β  1  +(β  1  + β    2    ) + β    2    }  

 

Таким образом, общий ток коллектора IC является комбинационным коэффициентом усиления отдельных транзисторов.

 

Транзистор Дарлингтона Пример:

Нагрузка 60 Вт с входным напряжением 15 В должна переключаться с помощью двух транзисторов NPN, создавая пару Дарлингтона. Коэффициент усиления первого транзистора будет равен 30 , а коэффициент усиления второго транзистора будет равен 95 . Рассчитаем базовый ток для переключения нагрузки.

Как мы знаем, при включении нагрузки ток коллектора будет током нагрузки . В соответствии со степенным законом ток коллектора (IC) или ток нагрузки (IL) будет равен

.
  I  L  = I  C  = Мощность / Напряжение = 60 / 15 = 4 А0016 95  (β1 = 30 и β2 = 95) мы можем рассчитать ток базы по следующему уравнению – 
 
 
 
   
 
 Таким образом, если мы приложим  1,3 мА  тока к базе первого транзистора, нагрузка переключится « ВКЛ », и если мы применим  0 мА  ток или  заземление  база, нагрузка будет переключена « ВЫКЛ ».  
 
   
  
 
 Применение транзистора Дарлингтона:   
 Применение транзистора Дарлингтона такое же, как у обычного биполярного транзистора. 
 
 
 
   
 
 На изображении выше транзистор Дарлингтона NPN используется для переключения нагрузки. Нагрузка может быть любой, от индуктивной до резистивной нагрузки. Базовый резистор R1 обеспечивает ток базы для NPN-транзистора Дарлингтона. Резистор R2 ограничивает ток нагрузки. Он применим для определенных нагрузок, которым требуется ограничение тока при стабильной работе. Поскольку пример показывает, что требуемый базовый ток очень мал, его можно легко переключить с микроконтроллера или блока цифровой логики. Но , когда пара Дарлингтона находится в области насыщения или полностью в рабочем состоянии, на базе и эмиттере наблюдается падение напряжения. Это главный недостаток пары Дарлингтона . Падение напряжения находится в диапазоне от 0,3 В до 1,2 В. Из-за этого падения напряжения транзистор Дарлингтона нагревается сильнее, когда находится в полностью открытом режиме и подает ток на нагрузку.  Кроме того, из-за конфигурации второй резистор включается первым резистором, транзистор Дарлингтона  имеет более медленное время отклика  . В таком случае 9Конфигурация 0016 Sziklai  обеспечивает преимущество по времени отклика и тепловым характеристикам. 
 
 Популярный NPN-транзистор Дарлингтона  BC517  . 
 
 
 
   
 
 Согласно техническому описанию  BC517 , на приведенном выше графике показано усиление постоянного тока   BC517. Три кривые снизу вверх соответственно предоставляют информацию о температуре окружающей среды   . Если мы увидим кривую температуры окружающей среды  25 градусов , усиление постоянного тока максимально, когда ток коллектора составляет около  150 мА  . 
 
   
 
 
 Что такое идентичный транзистор Дарлингтона?    
  Идентичный транзистор Дарлингтона  состоит из двух идентичных пар с одинаковыми характеристиками  с одинаковым коэффициентом усиления по току  для каждого из них.  Это означает, что коэффициент усиления по току   первого транзистора  β1  такой же, как коэффициент усиления по току  второго транзистора   β2.  
 
 Используя формулу тока коллектора, коэффициент усиления по току идентичного транзистора будет равен- 
 
  IC = {{   β   1 + (   β2*   β1   ) +   β   2} *IB} 
  IC = {{   β   1 + (   β2*   β1   ) +   β   1} *IB} 
  β  2  = IB / IC  
  
 Коэффициент усиления по току будет намного выше. Примерами пар NPN Дарлингтона являются TIP120, TIP121, TIP122, BC517, а примерами пар Дарлингтона PNP являются BC516, BC878 и TIP125.
  
 Транзистор Дарлингтона ИС: 
 Пара Дарлингтона позволяет пользователям управлять более мощными приложениями с помощью нескольких миллиампер источника тока от микроконтроллера или слаботочных источников.
  ULN2003  — микросхема, широко используемая в электронике, которая обеспечивает сильноточные массивы Дарлингтона с семью выходами с открытым коллектором. Семейство ULN состоит из  ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A , трех разных вариантов в нескольких вариантах упаковки.  ULN2003  — широко используемый вариант в серии ULN. Это устройство включает в себя  подавляющих диодов  внутри интегральной схемы, что является дополнительной функцией для управления  индуктивной нагрузкой  с использованием этого.
  
 Это внутренняя структура микросхемы ULN2003. Это  16-контактный дип-пакет . Как мы видим, входной и выходной контакты прямо противоположны, из-за этого проще подключить микросхему и упростить дизайн печатной платы.
 Доступно семь контактов открытого коллектора. Также доступен один дополнительный контакт, который полезен для приложений, связанных с индуктивной нагрузкой, это могут быть двигатели, соленоиды, реле, для которых нужны обратные диоды, мы можем выполнить соединение с помощью этого контакта.
 Входные контакты  совместимы с TTL или CMOS , с другой стороны, выходные контакты способны потреблять большие токи. Согласно техническому описанию, пары Дарлингтона  способны потреблять 500 мА  тока и могут выдерживать  тока.0016 600 мА пикового тока  .
  
 На верхнем рисунке показано фактическое подключение массива Дарлингтона для каждого драйвера. Он используется в семи драйверах, каждый драйвер состоит из этой схемы.
 Когда на входные контакты  ULN2003  , от контакта 1 до контакта 7, подается высокий уровень, на выходе будет  низкий уровень , и через него будет проходить ток. И когда мы предоставляем  Low  на входном контакте, выход будет в состоянии  с высоким импедансом 9.0017 , и ток не просядет. Штырь 9   используется для диода свободного хода  ; его всегда следует подключать к  VCC  при переключении любой индуктивной нагрузки с использованием серии  ULN . Мы также можем управлять более текущими приложениями, запараллелив входы и выходы двух пар, например, мы можем соединить  контакт 1 с контактом 2 , а с другой стороны, мы можем  соединить контакты 16 и 15  и запараллелить две пары Дарлингтона для управления более высокими токовыми нагрузками.
 ULN2003 также используется для управления шаговыми двигателями с микроконтроллерами.
  
 Переключение двигателя с помощью микросхемы ULN2003: 
  
 
 5 мА)  тока и управления  380 мА  тока через двигатель. Вот как  небольшое количество базового тока  может управлять большим  более высокий ток коллектора  в транзисторе Дарлингтона.
 Кроме того, поскольку используется двигатель   ,   контакт 9  подключается к  VCC  для обеспечения  защиты от свободного хода  .