Calculele tranzistorului Darlington

Tranzistorul Darlington este o conexiune binecunoscută și populară care utilizează o pereche de tranzistor de joncțiune cu tranzistor bipolar (BJT), conceput pentru a funcționa ca un unificat 'superbeta' tranzistor. Următoarea diagramă arată detaliile conexiunii.

Definiție

Un tranzistor Darlington poate fi definit ca o conexiune între două BJT-uri care le permite să formeze un singur BJT compozit, dobândind o cantitate substanțială de câștig de curent, care poate varia de obicei peste mii.

Principalul avantaj al acestei configurații este că tranzistorul compozit se comportă ca un singur dispozitiv care are un dispozitiv îmbunătățit câștig curent echivalent cu produsul câștigurilor curente ale fiecărui tranzistor.

Dacă conexiunea Darlington cuprinde două BJT individuale cu câștiguri curente β₁și β_Douăcâștigul curent combinat poate fi calculat folosind formula:

b_D= β₁b_Două-------- (12.7)

Când tranzistoarele potrivite sunt utilizate într-o conexiune Darlington astfel încât β₁= β_Două= β, formula de mai sus pentru câștigul curent se simplifică ca:

b_D= β^Două-------- (12.8)

Pachet de tranzistori Darlington

Datorită popularității sale imense, tranzistoarele Darlington sunt de asemenea fabricate și disponibile gata făcute într-un singur pachet care are două BJT conectate intern ca o singură unitate.

Următorul tabel oferă foaia tehnică a unui exemplu de pereche Darlington într-un singur pachet.

Câștigul curent indicat este câștigul net din cele două BJT. Unitatea vine cu 3 terminale standard externe, și anume bază, emițător, colector.

Acest tip de tranzistoare Darlington ambalate au caracteristici externe similare unui tranzistor normal, dar au o ieșire de câștig de curent foarte mare și îmbunătățită, comparativ cu tranzistoarele simple normale.

Cum să DC Bias un circuit de tranzistor Darlington

Următoarea figură arată un circuit comun Darlington care utilizează tranzistoare cu un câștig de curent foarte mare β_D.

Aici curentul de bază poate fi calculat folosind formula:

Eu_B= V_DC- V_FI/ R_B+ β_DR_ESTE-------------- (12.9)

Deși acest lucru poate arăta similar cu ecuație care se aplică în mod normal pentru orice BJT obișnuit , valoarea β_Dîn ecuația de mai sus va fi substanțial mai mare, iar V_FIva fi comparativ mai mare. Acest lucru a fost dovedit și în fișa tehnică prezentată în paragraful anterior.

Prin urmare, curentul emițătorului poate fi calculat ca:

Eu_ESTE= (β_D+ 1) Eu_B≈ β_DEu_B-------------- (12.10)

Tensiunea continuă va fi:

V_ESTE= Eu_ESTER_ESTE-------------- (12.11)

V_B= V_ESTE+ V_FI-------------- (12.12)

Exemplu rezolvat 1

Din datele date în figura următoare, calculați curenții de polarizare și tensiunile circuitului Darlington.

Soluţie : Aplicând ecuația 12.9 curentul de bază este determinat ca:

Eu_B= 18 V - 1,6 V / 3,3 MΩ + 8000 (390Ω) ≈ 2,56 μA

Aplicând ecuația 12.10, curentul emițătorului poate fi evaluat ca:

Eu_ESTE≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_C

Tensiunea continuă a emițătorului poate fi calculată folosind ecuația 12.11, ca:

V_ESTE= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

În cele din urmă, tensiunea colectorului poate fi evaluată prin aplicarea ecuației. 12.12 după cum este prezentat mai jos:

V_B= 8 V + 1,6 V = 9,6 V

În acest exemplu, tensiunea de alimentare la colectorul Darlington va fi:
V_C= 18 V

Circuitul Darlington echivalent AC

În figura prezentată mai jos, putem vedea un Emițător-urmăritor BJT circuit conectat în modul Darlington. Terminalul de bază al perechii este conectat la un semnal de intrare ca prin condensatorul C1.

Semnalul de ieșire ca obținut prin condensatorul C2 este asociat cu terminalul emițător al dispozitivului.

Rezultatul simulării configurației de mai sus este prezentat în figura următoare. Aici tranzistorul Darlington poate fi văzut înlocuit cu un circuit echivalent ca având o rezistență de intrare r _eu și o sursă de curent de ieșire reprezentată ca b _D Eu _b

Impedanța de intrare AC poate fi calculată după cum se explică mai jos:

Curent de bază AC care trece prin r _eu este:

Eu_b= V_eu- V_sau/ r_eu---------- (12.13)

De cand
V_sau= (I_b+ β_DEu_b) R_ESTE---------- (12.14)

Dacă aplicăm ecuația 12.13 în ecuație. 12.14 obținem:

Eu_br_eu= V_eu- V_sau= V_eu- Eu_b(1 + β_D) R_ESTE

Rezolvarea celor de mai sus pentru V _eu:

V_eu= Eu_b[r_eu+ (1 + β_D) R_ESTE]

V_eu/ Eu_b= r_eu+ β_DR_ESTE

Acum, examinând baza tranzistorului, impedanța sa de intrare alternativă poate fi evaluată ca:

CU_eu= R_B॥ r_eu+ β_DR_ESTE---------- (12.15)

Exemplul rezolvat 2

Acum, să rezolvăm un exemplu practic pentru proiectul următorului emițător echivalent AC:

Determinați impedanța de intrare a circuitului, dată r _eu = 5 kΩ

Aplicând ecuația 12.15 rezolvăm ecuația așa cum este prezentată mai jos:

CU_eu= 3,3 MΩ॥ [5 kΩ + (8000) 390 Ω)] = 1,6 MΩ

Proiectare practică

Iată un design Darlington practic prin conectarea unui 2N3055 tranzistor de putere cu un semnal mic tranzistor BC547.

La rezoluția de intrare a semnalului se folosește un rezistor de 100K pentru a reduce curentul la câțiva millamps.

În mod normal, cu un curent atât de redus la bază, 2N3055 singur nu poate lumina niciodată o sarcină de curent mare, cum ar fi un bec de 12V de 2 amp. Acest lucru se datorează faptului că câștigul de curent de 2N3055 este foarte mic pentru a procesa curentul de bază scăzut în curent de colector mare.

Cu toate acestea, de îndată ce un alt BJT care este un BC547 aici este conectat cu 2N3055 într-o pereche Darlington, câștigul de curent unificat sare într-o valoare foarte mare și permite luminii să strălucească la luminozitate maximă.

Câștigul curent mediu (hFE) de 2N3055 este de aproximativ 40, în timp ce pentru BC547 este de 400. Când cele două sunt combinate ca o pereche Darlington, câștigul crește substanțial la 40 x 400 = 16000, minunat nu-i așa? Acesta este genul de putere pe care îl putem obține dintr-o configurație a tranzistorului Darlington, iar un tranzistor cu aspect obișnuit ar putea fi transformat într-un dispozitiv extrem de evaluat doar printr-o simplă modificare.