Транзистор дарлингтона - Darlington transistor

Принципиальная схема пары Дарлингтона на транзисторах NPN

В электроника, многотранзисторная конфигурация, называемая Конфигурация Дарлингтона (обычно называемый Пара Дарлингтона) представляет собой составную структуру определенного дизайна, созданную двумя биполярные транзисторы соединены таким образом, что ток, усиленный первым транзистором, усиливается вторым транзистором.[1] Эта конфигурация дает гораздо более высокую текущий прирост чем каждый транзистор в отдельности. Он был изобретен в 1953 году. Сидни Дарлингтон.

Поведение

Вид микросхемы в MJ1000

Пара Дарлингтона ведет себя как один транзистор, то есть у нее есть одна база, 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). Общее соотношение между совокупным усилением тока и индивидуальным усилением определяется следующим образом:

Если β1 и β2 достаточно высоки (сотни), это соотношение можно аппроксимировать с помощью:

Преимущества

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

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

Простота создания этой схемы также дает преимущество. Его можно просто сделать с двумя отдельными NPN-транзисторами, и он также доступен во множестве отдельных корпусов.

Недостатки

Один из недостатков - это примерное удвоение напряжения база-эмиттер. Поскольку между базой и эмиттером транзистора Дарлингтона есть два перехода, эквивалентное напряжение база-эмиттер является суммой обоих напряжений база-эмиттер:

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

Еще один недостаток пары Дарлингтона - 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.[2] 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 всегда.) Таким образом, напряжение "насыщения" транзистора Дарлингтона равно одному В.БЫТЬ (около 0,65 В в кремнии) выше, чем напряжение насыщения одиночного транзистора, которое обычно составляет 0,1 - 0,2 В в кремнии. При равных токах коллектора этот недостаток приводит к увеличению рассеиваемой мощности транзистора Дарлингтона по сравнению с одиночным транзистором. Повышенный низкий выходной уровень может вызвать проблемы при включении логических цепей TTL.

Другой проблемой является снижение скорости переключения или реакции, поскольку первый транзистор не может активно подавлять базовый ток второго, что замедляет выключение устройства. Чтобы облегчить это, второй транзистор часто имеет резистор в несколько сотен Ом, подключенный между его выводами базы и эмиттера.[1] 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 один транзистор, и, следовательно, может более легко стать нестабильной из-за негативный отзыв (т.е. системы, использующие эту конфигурацию, могут иметь низкую производительность из-за дополнительной задержки транзистора).

Упаковка

Интегрированные устройства могут занимать меньше места, чем два отдельных транзистора, потому что они могут использовать общий коллекционер. Интегрированные пары Дарлингтона поставляются отдельно в транзисторных корпусах или в виде массива устройств (обычно восемь) в одном корпусе. Интегральная схема.

Пары Дарлингтона доступны в виде интегрированных корпусов или могут состоять из двух дискретных транзисторов; Q1, левый транзистор на схеме может быть маломощным, но обычно Q2 (справа) должна быть большая мощность. Максимальный ток коллектора IC(max) пары совпадает с Q2. Типичным интегрированным силовым устройством является 2N6282, который включает в себя отключающий резистор и имеет коэффициент усиления по току 2400 при IC= 10 А.

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, таких как стабилизатор напряжения LM1084.[3] Другие приложения с высоким током могут включать в себя компьютерное управление двигателями или реле, где ток усиливается с безопасного низкого уровня выходной линии компьютера до величины, необходимой для подключенного устройства.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Горовиц, Пол; Уинфилд Хилл (1989). Искусство электроники. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-37095-7.
  2. ^ Точно так же эмиттер-повторитель никогда не насыщается из-за отрицательной обратной связи 100% серии. Другой пример - «активный диод», состоящий из транзистора с соединенными базой и коллектором (например, токовая часть текущее зеркало ).
  3. ^ "Лист данных LM1084" (PDF). Инструменты Техаса. Получено 22 ноября 2020.

внешние ссылки