Darlington-transistorberekeningen

Darlington-transistor is een bekende en populaire verbinding met behulp van een bipolaire transistorovergangstransistor (BJT), ontworpen om te werken als een verenigd 'super' transistor. Het volgende diagram toont de details van de verbinding.

Definitie

Een Darlington-transistor kan worden gedefinieerd als een verbinding tussen twee BJT's waarmee ze een enkele samengestelde BJT kunnen vormen die een aanzienlijke hoeveelheid stroomversterking verkrijgt, die doorgaans meer dan duizend kan bedragen.

Het belangrijkste voordeel van deze configuratie is dat de composiettransistor zich gedraagt ​​als een enkel apparaat met een verbeterde huidige winst equivalent aan het product van de huidige winsten van elke transistor.

Als de Darlington-verbinding bestaat uit twee individuele BJT's met huidige winsten β₁en β_tweede gecombineerde stroomwinst kan worden berekend met behulp van de formule:

b_D= β₁b_twee-------- (12,7)

Wanneer gematchte transistors worden gebruikt in een Darlington-verbinding, zodat β₁= β_twee= β, wordt de bovenstaande formule voor de huidige winst vereenvoudigd als:

b_D= β^twee-------- (12,8)

Verpakte Darlington-transistor

Vanwege zijn immense populariteit worden Darlington-transistors ook vervaardigd en kant-en-klaar verkrijgbaar in een enkele verpakking met twee BJT's die intern als één eenheid zijn aangesloten.

De volgende tabel bevat de datasheet van een voorbeeld van een Darlington-paar in één pakket.

De aangegeven huidige winst is de nettowinst van de twee BJT's. De unit wordt extern geleverd met 3 standaard terminals, namelijk basis, zender, collector.

Dit soort verpakte Darlington-transistors hebben externe kenmerken die vergelijkbaar zijn met een normale transistor, maar hebben een zeer hoge en verbeterde stroomversterkingsoutput in vergelijking met de normale enkele transistors.

Hoe een Darlington-transistorcircuit gelijkstroom te maken

De volgende afbeelding toont een algemeen Darlington-circuit met transistors met een zeer hoge stroomversterking β_D​

Hier kan de basisstroom worden berekend met behulp van de formule:

ik_B.= V_DC- V_WORDEN/ R_B.+ β_DR_IS-------------- (12.9)

Hoewel dit lijkt op het vergelijking die normaal wordt toegepast voor elke reguliere BJT , de waarde β_Din de bovenstaande vergelijking zal aanzienlijk hoger zijn, en de V_WORDENzal relatief groter zijn. Dit is ook bewezen in het voorbeeldgegevensblad dat in de vorige paragraaf is gepresenteerd.

Daarom kan de emitterstroom worden berekend als:

ik_IS= (β_D+ 1) ik_B.≈ β_Dik_B.-------------- (12.10)

DC-spanning zal zijn:

V_IS= Ik_ISR_IS-------------- (12.11)

V_B.= V_IS+ V_WORDEN-------------- (12.12)

Opgelost voorbeeld 1

Bereken uit de gegevens in de volgende afbeelding de biasstromen en -spanningen van het Darlington-circuit.

Oplossing : Bij toepassing van vergelijking 12.9 wordt de basisstroom bepaald als:

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

Door vergelijking 12.10 toe te passen, kan de emitterstroom worden geëvalueerd als:

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

De gelijkspanning van de emitter kan worden berekend met behulp van vergelijking 12.11, zoals:

V_IS= 20,48 mA (390 Ω) ≈ 8 V,

Ten slotte kan de collectorspanning worden beoordeeld door Eq. 12.12 zoals hieronder weergegeven:

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

In dit voorbeeld is de voedingsspanning bij de collector van de Darlington:
V_C= 18 V

AC-equivalent Darlington-circuit

In de onderstaande afbeelding zien we een BJT zender-volger circuit aangesloten in Darlington-modus. De basisaansluiting van het paar is via condensator C1 verbonden met een wisselstroomingangssignaal.

Het uitgangssignaal van de wisselstroom dat wordt verkregen via condensator C2 is geassocieerd met de emitteraansluiting van het apparaat.

Het simulatieresultaat van de bovenstaande configuratie wordt weergegeven in de volgende afbeelding. Hier is de Darlington-transistor te zien die is vervangen door een wisselstroom-equivalent circuit met een ingangsweerstand r _ik en een uitgangsstroombron weergegeven als b _D ik _b

De AC-ingangsimpedantie kan worden berekend zoals hieronder wordt uitgelegd:

Wisselstroom die er doorheen gaat r _ik is:

ik_b= V_ik- V_of/ r_ik---------- (12.13)

Sinds
V_of= (Ik_b+ β_Dik_b) R_IS---------- (12.14)

Als we Eq 12.13 toepassen in Eq. 12.14 krijgen we:

ik_br_ik= V_ik- V_of= V_ik- ik_b(1 + β_D) R_IS

Het bovenstaande oplossen voor V _ik​

V_ik= Ik_b[r_ik+ (1 + β_D) R_IS​

V_ik/ Ik_b= r_ik+ β_DR_IS

Als we nu de transistorbasis onderzoeken, kan de wisselstroomingangsimpedantie worden geëvalueerd als:

MET_ik= R_B.​r_ik+ β_DR_IS---------- (12.15 uur)

Opgelost voorbeeld 2

Laten we nu een praktisch voorbeeld oplossen voor het bovenstaande AC-equivalente emittervolgerontwerp:

Bepaal de ingangsimpedantie van het circuit, gegeven r _ik = 5 kΩ

Door vergelijking 12.15 toe te passen, lossen we de vergelijking op zoals hieronder gegeven:

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

Praktisch ontwerp

Hier is een praktisch Darlington-ontwerp door een 2N3055 vermogenstransistor met een BC547 transistor met een klein signaal.

Aan de signaalingangszijde wordt een weerstand van 100K gebruikt om de stroom tot enkele millamps te reduceren.

Normaal gesproken kan met zo'n lage stroom aan de basis de 2N3055 alleen nooit een hoge stroombelasting verlichten, zoals een 12V 2 ampère lamp. Dit komt omdat de stroomversterking van 2N3055 erg laag is om de lage basisstroom om te zetten in een hoge collectorstroom.

Zodra echter een andere BJT die hier een BC547 is, wordt verbonden met 2N3055 in een Darlington-paar, springt de uniforme stroomversterking omhoog naar een zeer hoge waarde, waardoor de lamp op volle sterkte kan gloeien.

De gemiddelde current gain (hFE) van 2N3055 is ongeveer 40, terwijl dat voor BC547 400 is. Wanneer de twee gecombineerd worden als een Darlington-paar, schiet de gain substantieel op tot 40 x 400 = 16000, geweldig niet? Dat is het soort vermogen dat we kunnen krijgen van een Darlington-transistorconfiguratie, en een gewoon ogende transistor kan met een simpele aanpassing in een enorm gewaardeerd apparaat worden veranderd.