транзистор Дарлингтона

Принципиальная схема пары Дарлингтона с использованием транзисторов NPN

В электронике многотранзисторная конфигурация, называемая конфигурацией Дарлингтона (обычно называемая парой Дарлингтона ), представляет собой составную структуру особой конструкции, созданную два биполярных транзистора , соединенных таким образом, что ток, усиленный первым транзистором, дополнительно усиливается вторым. Эта конфигурация дает гораздо более высокое усиление по току, чем каждый транзистор в отдельности. Он был изобретен в 1953 г. Сидни Дарлингтоном.

Содержание

• 1 Поведение
  • 1.1 Преимущества
  • 1.2 Недостатки
• 2 Упаковка
• 3 Приложения
  • 3.1 Безопасность
  • 3.2 Усиление
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Внешние ссылки

Поведение

Вид микросхемы в MJ1000

Пара Дарлингтона ведет себя как одиночный транзистор, то есть имеет одну базу, коллектор, и эмиттер. Обычно он создает большое усиление по току (приблизительно произведение коэффициентов усиления двух транзисторов из-за того, что их значения β умножаются вместе). Общая связь между совокупным текущим усилением и индивидуальным усилением задается следующим образом:

$\beta \; D\; arlington\; =\; \beta \; 1\; \cdot \; \beta \; 2\; +\; \beta \; 1\; +\; \beta \; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; beta\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{Darlington\}\}\; =\; \backslash \; beta\; \_\; \{1\}\; \backslash \; cdot\; \backslash \; beta\; \_\; \{2\}\; +\; \backslash \; beta\; \_\; \{1\}\; +\; \backslash \; beta\; \_\; \{2\}\}$

Если β 1 и β 2 высокие достаточно (сотен), это соотношение можно аппроксимировать следующим образом:

$\beta \; D\; arlington\; \approx \; \beta \; 1\; \cdot \; \beta \; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; beta\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{Darlington\}\}\; \backslash \; приблизительно\; \backslash \; beta\; \_\; \{1\}\; \backslash \; cdot\; \backslash \; beta\; \_\; \{2\}\}$

Преимущества

Типичный транзистор Дарлингтона имеет коэффициент усиления по току 1000 или более, так что для переключения пары на более высокие токи переключения требуется только небольшой базовый ток.

Другое преимущество заключается в обеспечении очень высокого входного импеданса для схемы, что также приводит к одинаковому уменьшению выходного импеданса.

Простота создания этой схемы также дает преимущество. Его можно просто сделать с двумя отдельными NPN-транзисторами, и он также доступен в различных отдельных корпусах.

Недостатки

Одним из недостатков является приблизительное удвоение напряжения база-эмиттер. Поскольку между базой и эмиттером транзистора Дарлингтона есть два перехода, эквивалентное напряжение база-эмиттер представляет собой сумму обоих напряжений база-эмиттер:

$VBE\; =\; VBE\; 1\; +\; VBE\; 2\; \approx \; 2\; VBE\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{\; BE\}\; =\; V\_\; \{BE1\}\; +\; V\_\; \{BE2\}\; \backslash \; приблизительно\; 2V\_\; \{BE1\}\; \backslash !\}$

Для кремниевой технологии, где каждый V BEi составляет около 0,65 В, когда устройство работает в В активной или насыщенной области необходимое напряжение база-эмиттер пары составляет 1,3 В.

Еще одним недостатком пары Дарлингтона является повышенное напряжение «насыщения». Выходному транзистору не разрешается насыщаться (т.е. его переход база-коллектор должен оставаться с обратным смещением), потому что первый транзистор, когда он насыщен, устанавливает полную (100%) параллельную отрицательную обратную связь между коллектором и базой второго транзистора. Поскольку напряжение коллектор-эмиттер равно сумме собственного напряжения база-эмиттер и напряжения коллектор-эмиттер первого транзистора, оба положительных значения при нормальной работе, оно всегда превышает напряжение база-эмиттер. (В символах $VCE\; 2\; =\; VCE\; 1\; +\; VBE\; 2>VBE\; 2\; \Rightarrow \; VC\; 2>VB\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{V\_\; \{CE2\}\; =\; V\_\; \{CE1\}\; +\; V\_\; \{BE2\}>V\_\; \{BE2\}\}\; \backslash \; Rightarrow\; \backslash \; mathrm\; \{V\_\; \{C2\}>V\_\; \{B2\}\}\}$всегда.) Таким образом, напряжение" насыщения "транзистора Дарлингтона равно одному В BE (примерно на 0,65 В в кремнии) выше, чем напряжение насыщения одиночного транзистора, которое в кремнии обычно составляет 0,1 - 0,2 В. При равных токах коллектора этот недостаток приводит к увеличению рассеиваемой мощности транзистора Дарлингтона. над одним транзистором. Повышенный низкий уровень выходного сигнала может вызвать проблемы при включении логических схем TTL.

Другая проблема - снижение скорости переключения или реакции, потому что первый транзистор не может активно подавлять базовый ток второго один, из-за чего устройство медленно выключится. T Чтобы избежать этого, второй транзистор часто имеет резистор в несколько сотен Ом, подключенный между его базой и выводами эмиттера. Этот резистор обеспечивает путь разряда с низким импедансом для заряда, накопленного на переходе база-эмиттер, что обеспечивает более быстрое отключение транзистора.

Пара Дарлингтона имеет больший фазовый сдвиг на высоких частотах, чем отдельный транзистор, и, следовательно, может более легко стать нестабильной из-за отрицательной обратной связи (т. Е. Системы, использующие эту конфигурацию, могут иметь низкую производительность из-за дополнительная задержка транзистора).

Упаковка

Интегрированные устройства могут занимать меньше места, чем два отдельных транзистора, потому что они могут использовать общий коллектор. Интегрированные пары Дарлингтона поставляются по отдельности в транзисторных корпусах или в виде массива устройств (обычно из восьми) в интегральной схеме.

Пары Дарлингтона доступны в виде интегрированных корпусов или могут быть изготовлены из двух дискретных транзисторов; Q 1, левый транзистор на схеме, может быть маломощным, но обычно Q 2 (справа) должен иметь высокую мощность. Максимальный ток коллектора I C (макс.) Пары равен току Q 2. Типичным интегрированным силовым устройством является 2N6282, который включает в себя отключающий резистор и имеет коэффициент усиления по току 2400 при I C = 10 A.

Приложения

Безопасность

Пара Дарлингтона может быть достаточно чувствительной, чтобы реагировать на ток, пропускаемый при контакте с кожей, даже при напряжениях в безопасной зоне. Таким образом, он может сформировать новый входной каскад сенсорного переключателя.

Усиление

Транзисторы Дарлингтона могут использоваться в сильноточных цепях, например в тех, которые включают компьютерное управление двигателями или реле. Ток усиливается от нормального низкого уровня выходной линии компьютера до величины, необходимой для подключенного устройства.

См. Также

• биполярный транзистор с изолированным затвором
• ULN2003A
• пара Шиклая, иногда называемая «комплементарным Дарлингтоном», аналогичная конфигурация, но с транзисторами противоположного типа (один NPN и один PNP)

Ссылки

Внешние ссылки

• США Патент 2663806 «Полупроводниковое устройство преобразования сигнала» (транзистор Дарлингтона)
• Схема управления скоростью двигателя на паре Дарлингтона
• ECE 327: Процедуры для лаборатории выходной фильтрации - Раздел 4 («Усилитель мощности») обсуждает Дарлингтон пары в проекте драйвера тока класса AB на основе BJT подробно.