- Perechea de tranzistori Darlington și configurația sa:
- Calculul câștigului curentului perechii tranzistorului Darlington:
- Exemplu de tranzistor Darlington:
- Aplicație tranzistor Darlington:
- Ce este un tranzistor Darlington identic?
- IC tranzistor Darlington:
- Comutarea unui motor utilizând ULN2003 IC:
Tranzistorul Darlington este inventat în 1953, de către un inginer electric și inventator american, Sidney Darlington.
Tranzistorul Darlington folosește doi tranzistori standard BJT (tranzistor de joncțiune bi-polar) care sunt conectați împreună. Tranzistorul Darlington conectat într-o configurație în care unul dintre emițătorii tranzistorului furnizează curent polarizat bazei celuilalt tranzistor.
Perechea de tranzistori Darlington și configurația sa:
Dacă vedem simbolul tranzistorului Darlington, putem vedea clar cum sunt conectați doi tranzistori. În imaginile de mai jos, sunt prezentate două tipuri de tranzistori Darlington. În partea stângă este NPN Darlington și pe cealaltă parte este PNP Darlington. Putem vedea NPN Darlington constând din doi tranzistori NPN, iar PNP Darlington constă din doi tranzistori PNP. Emițătorul primului tranzistor este conectat direct la baza altui tranzistor, de asemenea, colectorul celor doi tranzistori este conectat împreună. Această configurație este utilizată atât pentru tranzistoarele NPN, cât și pentru tranzistorii PNP Darlington. În această configurație, perechea sau tranzistorul Darlington produce un câștig mult mai mare și capacități mari de amplificare.
Un tranzistor normal BJT (NPN sau PNP) poate funcționa între două stări, ON și OFF. Trebuie să furnizăm curent la baza care controlează curentul colectorului. Când furnizăm suficient curent la bază, BJT intră în modul de saturație și curentul curge de la colector la emițător. Acest curent colector este direct proporțional cu curentul de bază. Raportul dintre curentul de bază și curentul colector se numește câștig de curent al tranzistorului, care este notat ca Beta (β). În tranzistorul tipic BJT, câștigul de curent este limitat în funcție de specificațiile tranzistorului. Dar, în unele cazuri, aplicația are nevoie de un câștig mai mare pe care un singur tranzistor BJT nu l-ar putea oferi.Perechea Darlington este perfectă pentru aplicația în care este necesar un câștig mare de curent.
Configurare încrucișată:
Cu toate acestea, configurația prezentată în imaginea de mai sus, folosește fie două PNP, fie două NPN, există alte configurații Darlington sau este disponibilă și configurația încrucișată, unde un PNP este utilizat cu NPN sau un NPN este utilizat cu PNP. Acest tip de configurație încrucișată se numește configurație de perechi Sziklai Darlington sau configurație Push-Pull.
În imaginea de mai sus sunt afișate perechile Sziklai Darlington. Această configurație produce mai puțină căldură și are avantaje în ceea ce privește timpul de răspuns. Vom discuta despre asta mai târziu. Este utilizat pentru amplificatorul de clasă AB sau unde sunt necesare topologiile Push-Pull.
Iată câteva proiecte în care am folosit tranzistoarele Darlington:
- Generarea tonurilor prin atingerea degetelor folosind Arduino
- Circuit simplu de detectare a minciunii folosind tranzistoare
- Circuitul emițătorului cu rază lungă de acțiune
- Line Follower Robot folosind Arduino
Calculul câștigului curentului perechii tranzistorului Darlington:
În imaginea de mai jos putem vedea doi tranzistori PNP sau doi tranzistori NPN conectați împreună.
Global câștig actual al perechii Darlington va fi-
Câștig curent (hFE) = câștig primul tranzistor (hFE 1) * câștig al doilea tranzistor (hFE 2)
În imaginea de mai sus, doi tranzistori NPN au creat o configurație NPN Darlington. Cei doi tranzistori NPN T1 și T2 sunt conectați împreună într-o ordine în care sunt conectați colectorii T1 și T2. Primul tranzistor T1 furnizând curentul de bază necesar (IB2) la baza celui de-al doilea tranzistor T2. Deci, curentul de bază IB1, care controlează T1, controlează fluxul de curent la baza lui T2.
Deci, câștigul total de curent (β) este atins, atunci când curentul colector este
β * IB ca hFE = fFE 1 * hFE 2
Deoarece colectorul de doi tranzistori este conectat împreună, curentul total al colectorului (IC) = IC1 + IC2
Acum, după cum sa discutat mai sus, obținem curentul colector β * IB 1
În această situație, câștigul actual este unitatea sau mai mare decât una.
Să vedem cum câștigul curent este multiplicarea câștigului curent al celor doi tranzistori.
IB2 este controlat de curentul emițătorului T1, care este IE1. IE1 este conectat direct în T2. Deci, IB2 și IE1 sunt aceleași.
IB2 = IE1.
Putem schimba această relație în continuare cu
IC 1 + IB 1
Schimbând IC1 așa cum am făcut anterior, obținem
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Acum, ca anterior, am văzut asta
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 sau IE2 = IB1 (β1 + 1) IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 1 (β1 + 1) IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 1 β 1 + β 2 IB 1 IC = { β 1 + (β 1 + β 2) + β 2 }
Deci, curentul total de curent IC este un câștig combinațional al câștigului tranzistorilor individuali.
Exemplu de tranzistor Darlington:
O sarcină de 60W cu tensiune de intrare de 15V trebuie comutată folosind doi tranzistori NPN, creând o pereche Darlington. Primul câștig al tranzistorului va fi de 30, iar al doilea câștig al tranzistorului va fi de 95. Vom calcula curentul de bază pentru comutarea sarcinii.
După cum știm, când sarcina va fi pornită, curentul colectorului va fi curentul de încărcare. Conform legii puterii, curentul colectorului (IC) sau curentul de încărcare (IL) vor fi
I L = I C = Putere / Tensiune = 60/15 = 4Amps
Deoarece câștigul curentului de bază pentru primul tranzistor va fi 30 și pentru cel de-al doilea tranzistor va fi 95 (β1 = 30 și β2 = 95) putem calcula curentul de bază cu următoarea ecuație -
Deci, dacă aplicăm 1.3mA de actuală în prima bază de tranzistor, sarcina se va schimba „ ON “ și dacă se aplică 0 mA curent sau împământat baza de sarcina va fi comutat „ OFF “.
Aplicație tranzistor Darlington:
Aplicarea tranzistorului Darlington este aceeași cu tranzistorul BJT normal.
În imaginea de mai sus, tranzistorul NPN Darlington este utilizat pentru comutarea sarcinii. Sarcina poate fi orice, de la sarcină inductivă sau rezistivă. Rezistorul de bază R1 furnizează curentul de bază tranzistorului NPN Darlington. Rezistorul R2 trebuie să limiteze curentul la sarcină. Este aplicabil pentru sarcini specifice care necesită limitarea curentului în funcționare stabilă. Așa cum exemplul sugerează că curentul de bază este foarte scăzut, acesta poate fi schimbat cu ușurință de la unitățile de microcontroler sau logice digitale. Dar când perechea Darlington este într-o regiune saturată sau complet condiționată, există o cădere de tensiune pe bază și emițător. Este un dezavantaj principal pentru o pereche Darlington. Căderile de tensiune variază de la.3V la 1.2v. Datorită acestei căderi de tensiune, tranzistorul Darlington devine mai fierbinte când este în modul complet pornit și furnizează curent sarcinii. De asemenea, datorită configurației, al doilea rezistor este pornit de primul rezistor, tranzistorul Darlington produce un timp de răspuns mai lent. În acest caz, configurația Sziklai oferă avantaje față de timpul de răspuns și performanța termică.
Un tranzistor NPN Darlington popular este BC517.
Conform fișei tehnice a BC517, graficul de mai sus oferă câștigul de curent continuu al BC517. Trei curbe de la inferior la respectiv superior oferă informații despre temperatura ambiantă. Dacă vedem curba temperaturii ambiante de 25 de grade, câștigul de curent continuu este maxim atunci când curentul colectorului este în jur de 150mA.
Ce este un tranzistor Darlington identic?
Tranzistorul Darlington identic are două perechi identice cu exact aceeași specificație cu același câștig de curent pentru fiecare. Asta înseamnă că câștigul de curent al primului tranzistor β1 este același cu cel de- al doilea tranzistor al câștigului β2.
Folosind formula curentă a colectorului, câștigul curent al tranzistorului identic va fi-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Câștigul actual va fi mult mai mare. Exemplele de perechi NPN Darlington sunt TIP120, TIP121, TIP122, BC517 și exemplele de perechi PNP Darlington sunt BC516, BC878 și TIP125.
IC tranzistor Darlington:
Perechea Darlington permite utilizatorilor să conducă mai multe aplicații de energie cu câteva miliamperi de sursă de curent de la microcontroler sau surse de curent redus.
ULN2003 este un cip utilizat pe scară largă în electronică, care oferă matrice Darlington de curent mare cu șapte ieșiri colector deschis. Familia ULN este formată din ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, trei variante diferite în mai multe opțiuni de pachet. ULN2003 este utilizat pe scară largă variantă în serie ULN. Acest dispozitiv include diode de supresie în interiorul circuitului integrat, care este o caracteristică suplimentară pentru conducerea sarcinii inductive folosind acest lucru.
Aceasta este structura internă a ULN2003 IC. Este un pachet de 16 pini. După cum putem vedea, pinul de intrare și de ieșire sunt exact opuse, datorită faptului că este mai ușor să conectați IC-ul și să faceți designul PCB mai simplist.
Sunt disponibile șapte știfturi colectoare deschise. Este disponibil și un pin suplimentar, care este util pentru aplicațiile legate de sarcina inductivă, pot fi motoare, solenoide, relee, care au nevoie de diode cu roată liberă, putem face conexiunea folosind acel pin.
Pinii de intrare sunt compatibili pentru utilizare cu TTL sau CMOS, pe de altă parte pinii de ieșire sunt capabili să scufunde curenți mari. Conform fișei tehnice, perechile Darlington sunt capabile să scadă 500mA de curent și pot tolera 600mA de curent de vârf.
În imaginea superioară, conexiunea matricei Darlington este afișată pentru fiecare driver. Este utilizat în șapte drivere, fiecare driver constând în acest circuit.
Când pinii de intrare ai ULN2003, de la pinul 1 la pinul 7, sunt furnizați cu High, ieșirea va fi scăzută și va scădea curent prin ea. Și atunci când furnizăm un pin de intrare redus, ieșirea va fi în stare de impedanță ridicată și nu va scădea curent. PIN - 9 este utilizat pentru diode freewheel; ar trebui să fie întotdeauna conectat la VCC, atunci când comutați orice sarcină inductivă utilizând seria ULN. De asemenea, putem conduce mai multe aplicații curente prin paralel cu intrările și ieșirile a două perechi, precum putem conecta pinul 1 cu pinul 2 și, pe de altă parte, putem conecta pinul 16 și 15 și paralel două perechi Darlington pentru a conduce sarcini de curent mai mari.
ULN2003 este, de asemenea, utilizat pentru a conduce motoare pas cu pas cu microcontrolere.
Comutarea unui motor utilizând ULN2003 IC:
În acest videoclip, motorul este conectat la un pin de ieșire colector deschis, pe de altă parte intrarea, oferim curent de aproximativ 500nA (.5mA) și controlăm 380mA de curent pe motor. Acesta este modul în care cantitatea mică de curent de bază poate controla un curent de colector mult mai mare în tranzistorul Darlington.
De asemenea, ca motor este utilizat, PIN - ul 9 este conectat peste VCC pentru a oferi o protecție freewheeling.
Rezistența este furnizarea scăzută trage în sus, ceea ce face intrarea LOW atunci când nici un flux de curent vine de la sursa, ceea ce face ca impedanța de ieșire de mare oprirea motorului. Reversul se va întâmpla atunci când se aplică curent suplimentar pe pinul de intrare.