Главная » Справочник » Что такое транзистор Дарлингтона

Что такое транзистор Дарлингтона

В этой статье мы расскажем о транзисторе Дарлингтона или паре Дарлингтона, приведем несколько примеров схем, покажем варианты применения, преимущества и недостатки.

На современном рынке доступны самые разнообразные транзисторы Дарлингтона, которые различаются по проводимости, току коллектора, мощности рассеяния, типу корпуса, максимальному напряжению CE и т. д.

Эти транзисторы встречаются в различных типах устройств, таких как регуляторы мощности, контроллеры двигателя, аудиоусилители и т. д. Многие оптико-изоляторные схемы изготавливаются на транзисторах Дарлингтона, чтобы иметь высокую токовую нагрузку на выходном каскаде.

Почему мы используем транзистор Дарлингтона?

Как известно, для перевода транзистора в режим проводимости требуется небольшой базовый ток в схеме с общим эмиттером. Иногда этого малого тока базы (коэффициент усиления по току) может быть недостаточно, чтобы перевести транзистор в состояние проводимости.

Коэффициент усиления по току или бета транзистора — это 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) × базовый ток

 

Для обычного транзистора значение β составляет примерно 100. Приведенное выше соотношение говорит о том, что ток нагрузки превышает в 100 раз базовый ток транзистора.

Рассмотрим схематичный рисунок, приведенный ниже. Здесь транзистор с переменным резистором, подключенным между источником питания и базой транзистора, используется для изменения яркости лампы.

В этой схеме базовый ток является единственным фактором, который определяет ток, протекающий через коллектор — эмиттер. Таким образом, изменяя сопротивление переменного резистора, можно добиться изменения яркости свечения лампы.

Если значение сопротивления переменного резистора больше, то базовый ток уменьшается — транзистор выключается. Когда сопротивление слишком мало, достаточное количество тока будет протекать через базу, что приведет к увеличению тока коллектор-эмиттер, соответственно лампа будет светить ярче. Это усиление тока в транзисторе.

В приведенном выше примере мы видели управление нагрузкой (лампой) с использованием одного транзистора. Но в некоторых схемах входной базовый ток от источника может быть недостаточным для управления нагрузкой. Мы знаем, что величина тока, протекающего через коллектор-эмиттер, является произведением тока базы и коэффициента усиления транзистора.

Поскольку увеличение тока от источника невозможно, единственный способ увеличить ток нагрузки — это увеличить коэффициент усиления транзистора. Но для каждого транзистора это постоянный коэффициент. Однако мы можем увеличить усиление, используя комбинацию из двух транзисторов. Эта конфигурация называется конфигурацией Дарлингтона.

Транзистор Дарлингтона представляет собой соединение двух транзисторов определенным образом. Пара биполярных транзисторов обеспечивает очень высокое усиление тока по сравнению с одним стандартным транзистором, как упомянуто выше.

Пара этих транзисторов может быть PNP или NP. На рисунке ниже показана конфигурация пары Дарлингтона с NPN, а также с транзисторами PNP.

Конфигурации транзисторов Дарлингтона

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

Усиленный ток в первом транзисторе снова усиливается вторым транзистором. Следовательно, ток коллектор-эмиттер второго транзистора становиться значительным.

Предположим, что если коэффициент усиления по току первого транзистора равен β1, а коэффициент усиления по току второго транзистора равен β2, то общий коэффициент усиления по току транзисторов будет равен произведению β1 и β2. Если взять два транзистора с β равным 100, то общее усиление тока составит 10000. Это значение очень высокое по сравнению с одним транзистором, поэтому этот высокий коэффициент усиления по току дает высокий ток нагрузки.

Как правило, для включения транзистора базовое входное напряжение должно быть больше 0,7 В. Поскольку в этой конфигурации используются два транзистора, базовое напряжение должно быть не менее 1,4 В.

Из рисунка, усиление тока первого транзистора

β1= IC1/IB1,

следовательно, IC1 = β1 IB1

Аналогично, коэффициент усиления по току следующего транзистора

β2= IC2/IB2, then IC2 = βIB2

Общий ток на коллекторе IC= IC1+IC2

IC = β1 IB1 + β2 IB2

базовый ток второго транзистора

IB2 = I+ IC1

IB2 = β1 I+ IB

IB2 = IB (1 + β1)

Подставляя в вышеприведенное уравнение

I= β1 I+ β2IB (1 + β1)

IC = IB (β+ β2 + β1 β2)

В приведенном выше соотношении можно сделать вывод, что

IC= IB (β1 β2)

β = (β1 β2)

VBE = VBE1 + VBE2

Пример транзисторной схемы Дарлингтона

Рассмотрим следующую схему, где пара Дарлингтона используется для переключения нагрузки, которая рассчитана на 12 В и 80 Вт. Усиление тока первого и второго транзисторов возьмем как 50 и 60 соответственно. Таким образом, базовый ток, необходимый для полного включения лампы, рассчитывается следующим образом.

Ток коллектора равен току нагрузки,

C = 80/12 = 6,67 A

Выходной ток транзистора Дарлингтона задается как Ic = I B (β 1 + β 2  + β 1 β 2 ),

B = I C  / (β 1 + β 2  + β 1 β 2 )

Коэффициент усиления по току, β= 50 and β2 = 60

Итак, IB= 6.67 / (50 + 60 + (60 × 50))

IB = 2.2 mA

Из приведенного выше расчета ясно, что при небольшом базовом токе мы можем переключать большие нагрузки. Этот небольшой базовый ток может подаваться с любого выхода микроконтроллера или любых цифровых логических схем.

Применение транзистора Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона в основном используются в схемах коммутации и усиления для обеспечения очень высокого усиления постоянного тока. Некоторые из ключевых схем — это переключатели на стороне высокого и низкого уровня, сенсорные усилители и усилители звука. Для светочувствительных устройств используются фотодарлингтон. Давайте посмотрим работу транзистора Дарлингтона на конкретном примере.

Транзистор Дарлингтон (NPN) в качестве переключателя

На рисунке ниже показано управление светодиодом с использованием транзистора Дарлингтона. Переключатель на базе также может быть заменен сенсорным датчиком, так что при касании сенсора будет загораться светодиод. Резистор на 100 кОм действует как защитный резистор для пары транзисторов.

Дарлингтонский Транзистор как Переключатель

Когда переключатель замкнут, на транзистор Дарлингтона подается напряжение более 1,4 В. Это приводит к тому, что пара Дарлингтона становится активной и пропускает ток через нагрузку. Это приводит к тому, что светодиоды начинают светиться очень ярко, даже при изменении сопротивления у базы.

Когда переключатель разомкнут, оба биполярных транзистора находятся в режиме отсечки, и ток через нагрузку равен нулю. Таким образом, светодиод гаснет.

Также возможно использовать пару Дарлингтона для управления индуктивными нагрузками, такими как реле, двигатели. По сравнению с одним транзистором, управление индуктивными нагрузками с помощью пары Дарлингтона является более эффективным, поскольку обеспечивается высокий ток нагрузки при небольшом входном токе базы.

На рисунке ниже показана пара Дарлингтона, которая управляет катушкой реле. При коммутации индуктивной нагрузки необходимо параллельно подключить диод, чтобы защитить цепь от индуцированных токов. Как и в приведенной выше схеме работы светодиодов, катушка реле получает питание при подаче тока базы. Мы также можем использовать двигатель постоянного тока в качестве индуктивной нагрузки вместо катушки реле.

Транзистор Дарлингтон (PNP) в качестве переключателя

Мы можем использовать PNP-транзисторы в качестве пары Дарлингтона, но чаще всего используются NPN-транзисторы. Нет большой разницы в схеме с использованием NPN или PNP. Ниже на рисунке показана простая схема датчика, которая выдает аварийный сигнал с использованием пары Дарлингтона.

Этот контур представляет собой простой индикатор уровня воды, в котором пара Дарлингтона используется в качестве переключателя. Мы знаем, что эта конфигурация транзистора обеспечивает большой ток коллектора, поэтому он может управлять зуммером на выходе.

Когда уровень воды недостаточен для замыкания датчика, транзистор Дарлингтона находится в выключенном состоянии. Следовательно, цепь разорвана, и через нее не протекает ток.

По мере повышения уровня воды датчик замыкается, в результате чего поступает необходимый базовый ток на пару Дарлингтона. Следовательно, цепь замыкается, и ток нагрузки протекает так, что зуммер подает сигнал.

Преимущества пары Дарлингтон

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

  • Он обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по току, чем стандартный одиночный транзистор
  • Он обеспечивает очень высокий входной импеданс или хорошее преобразование импеданса.
  • Они могут быть двумя отдельными транзисторами или поставляются в одном корпусе.
  • Простая и удобная конфигурация схемы, так как используется всего несколько компонентов.
  • В случае пары фотодарлингтон внешний шум намного меньше по сравнению с фототранзистором с внешним усилителем.

Недостатки пары Дарлингтон

  • Низкая скорость переключения
  • Пропускная способность ограничена
  • На определенных частотах в цепи отрицательной обратной связи эта конфигурация вводит фазовый сдвиг.
  • Требуемое напряжение базы-эмиттера высокое и в два раза больше, чем у стандартного транзистора.
  • Высокое рассеивание мощности из-за высокого напряжения насыщения.
  • Общий ток утечки высокий, потому что ток утечки первого транзистора усиливается следующим транзистором. Вот почему три или более ступений Дарлингтона невозможны.

Следовательно, пара Дарлингтона очень полезна в большинстве приложений, поскольку она обеспечивает высокий коэффициент усиления по току при низких базовых токах.

Хотя это имеет некоторые ограничения, эти пары широко используются в приложениях, где не требуется высокочастотная характеристика, а требуются высокие уровни усиления по току. В случае схем усилителя мощности звука эта конфигурация обеспечивает лучшую выходную мощность.

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан. Обязательные для заполнения поля помечены *

*