Darlingtonin transistorilaskelmat

Darlington-transistori on hyvin tunnettu ja suosittu yhteys, jossa käytetään paria bipolaarisen transistorin liitostransistoria (BJT), joka on suunniteltu toimimaan yhtenäisenä 'upea' transistori. Seuraava kaavio näyttää yhteyden yksityiskohdat.

Määritelmä

Darlingtonin transistori voidaan määritellä kahden BJT: n väliseksi yhteydeksi, jonka avulla ne voivat muodostaa yhden yhdistetyn BJT: n, mikä saa huomattavan määrän virran vahvistusta, joka voi vaihdella tyypillisesti yli tuhannen.

Tämän kokoonpanon tärkein etu on, että komposiittitransistori käyttäytyy kuin yksi laite, jolla on parannettu nykyinen voitto vastaa kunkin transistorin nykyisten vahvistusten tuloa.

Jos Darlington-yhteys muodostuu kahdesta yksittäisestä BJT: stä, joilla on nykyinen vahvistus β₁ja P_kaksiyhdistetty nykyinen voitto voidaan laskea kaavalla:

b_D= β₁b_kaksi-------- (12.7)

Kun Darlington-yhteydessä käytetään sovitettuja transistoreita siten, että β₁= β_kaksi= β, yllä olevan kaavan nykyiselle vahvistukselle yksinkertaistetaan seuraavasti:

b_D= β^kaksi-------- (12.8)

Pakattu Darlington-transistori

Valtavan suosionsa vuoksi Darlington-transistoreita valmistetaan ja saatavana myös valmiina yhdessä paketissa, jossa on kaksi sisäisesti kytkettyä BJT-laitetta yhtenä yksikkönä.

Seuraava taulukko sisältää tietolomakkeen esimerkin Darlington-parista yhdessä paketissa.

Ilmoitettu nykyinen voitto on kahden BJT: n nettovoitto. Laitteessa on 3 vakioliitäntää ulkoisesti, nimittäin pohja, emitteri, kerääjä.

Tällaisilla pakatuilla Darlington-transistoreilla on samanlaiset ulkoiset ominaisuudet kuin tavallisella transistorilla, mutta niillä on erittäin korkea ja parannettu virranvahvistimen lähtö verrattuna normaaleihin yksittäisiin transistoreihin.

Kuinka DC-esijännittää Darlingtonin transistoripiiriä

Seuraava kuva esittää yleisen Darlington-piirin, jossa käytetään transistoreita, joilla on erittäin suuri virranvahvistus β_D.

Tässä perusvirta voidaan laskea kaavalla:

Minä_B= V_DC- V_OLLA/ R_B+ β_DR_ON-------------- (12.9)

Vaikka tämä saattaa näyttää samanlaiselta kuin yhtälö, jota normaalisti sovelletaan mihin tahansa säännölliseen BJT: hen , arvo β_Dedellä olevassa yhtälössä on huomattavasti suurempi ja V_OLLAon suhteellisen suurempi. Tämä on todistettu myös edellisessä kappaleessa esitetyssä näytetiedostossa.

Siksi emitterivirta voidaan laskea seuraavasti:

Minä_ON= (β_D+ 1) I_B≈ β_DMinä_B-------------- (12.10)

DC-jännite on:

V_ON= Minä_ONR_ON-------------- (12.11)

V_B= V_ON+ V_OLLA-------------- (12.12)

Ratkaistu esimerkki 1

Laske Darlington-piirin esivirta- ja jännitteet seuraavassa kuvassa annetuista tiedoista.

Ratkaisu : Soveltamalla yhtälö 12.9 perusvirta määritetään seuraavasti:

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

Soveltamalla yhtälöä 12.10 emitterivirta voidaan arvioida seuraavasti:

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

Lähettimen DC-jännite voidaan laskea yhtälöllä 12.11 seuraavasti:

V_ON= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Keräimen jännite voidaan lopuksi arvioida soveltamalla Eq. 12.12 seuraavasti:

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

Tässä esimerkissä Darlingtonin kerääjän syöttöjännite on:
V_C= 18 V

AC vastaava Darlingtonin piiri

Alla olevassa kuvassa näkyy a BJT-lähettäjän seuraaja piiri kytketty Darlington-tilassa. Parin tukiasema on kytketty AC-tulosignaaliin kondensaattorin C1 kautta.

Kondensaattorin C2 kautta saatu AC-ulostulosignaali liitetään laitteen emitteriliittimeen.

Yllä olevan kokoonpanon simulointitulos on esitetty seuraavassa kuvassa. Darlingtonin transistorin voidaan nähdä korvaavan vaihtovirralla, jolla on tulovastus r _i ja virran ulostulolähde, joka on esitetty b _D Minä _b

AC-tuloimpedanssi voidaan laskea seuraavasti:

AC-perusvirta kulkee r _i On:

Minä_b= V_i- V_tai/ r_i---------- (12.13)

Siitä asti kun
V_tai= (I_b+ β_DMinä_b) R_ON---------- (12.14)

Jos sovellamme yhtälöä 12,13 yhtälössä. 12.14 saamme:

Minä_br_i= V_i- V_tai= V_i- Minä_b(1 + β_D) R_ON

Yllä olevan ratkaiseminen V _i:

V_i= Minä_b[r_i+ (1 + β_D) R_ON]

V_i/ I_b= r_i+ β_DR_ON

Nyt, kun tutkitaan transistorin kantaa, sen AC-impedanssi voidaan arvioida seuraavasti:

KANSSA_i= R_B॥ r_i+ β_DR_ON---------- (12.15)

Ratkaistu esimerkki 2

Ratkaistaan ​​nyt käytännön esimerkki yllä olevasta AC-ekvivalentista emitteriseuraajan suunnittelusta:

Määritä piirin tuloimpedanssi, annettu r _i = 5 kΩ

Soveltamalla yhtälö 12.15 ratkaisemme yhtälön alla esitetyllä tavalla:

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

Käytännön suunnittelu

Tässä on käytännöllinen Darlington-muotoilu yhdistämällä a 2N3055-tehotransistori pienellä signaalilla BC547-transistori.

100K-vastusta käytetään signaalin tulopuolella virran pienentämiseksi muutamaan millampiin.

Normaalisti niin alhaisella virralla tyvessä, 2N3055 yksinään ei koskaan voi valaista suurta virtakuormaa, kuten 12 V 2 ampeerin lamppua. Tämä johtuu siitä, että 2N3055: n nykyinen vahvistus on hyvin pieni, jotta matala perusvirta voidaan käsitellä suureksi kollektorivirraksi.

Kuitenkin heti kun toinen BJT, joka on täällä BC547, on kytketty 2N3055: een Darlington-parissa, yhtenäinen virranvahvistus nousee erittäin suureksi arvoksi ja antaa lampun hehkua täydellä kirkkaudella.

2N3055: n keskimääräinen nykyinen vahvistus (hFE) on noin 40, kun taas BC547: llä se on 400. Kun nämä kaksi yhdistetään Darlington-pariksi, vahvistus kasvaa huomattavasti 40 x 400 = 16000: een, mahtava eikö olekin. Se on sellainen teho, jonka voimme saada Darlingtonin transistorikokoonpanosta, ja tavallisen näköinen transistori voidaan muuttaa erittäin mitoitetuksi laitteeksi vain yksinkertaisella muunnoksella.