- Транзисторна пара Дарлінгтон і її конфігурація:
- Розрахунок струму пари транзисторів Дарлінгтона:
- Приклад транзистора Дарлінгтона:
- Застосування транзистора Дарлінгтона:
- Що таке ідентичний транзистор Дарлінгтона?
- Транзисторна мікросхема Дарлінгтона:
- Переключення двигуна за допомогою ULN2003 IC:
Транзистор Дарлінгтона був винайдений в 1953 році американським інженером-електриком та винахідником Сідні Дарлінгтоном.
Транзистор Дарлінгтона використовує два стандартних транзистори BJT (біполярний транзистор), які з'єднані між собою. Транзистор Дарлінгтона підключений у конфігурації, де один емітер транзистора забезпечує зміщений струм до основи іншого транзистора.
Транзисторна пара Дарлінгтон і її конфігурація:
Якщо ми бачимо символ Дарлінгтонського транзистора, то чітко бачимо, як з’єднані два транзистори. На малюнках нижче показані два типи транзисторів Дарлінгтона. З лівого боку це NPN Дарлінгтон, а з іншого боку це PNP Дарлінгтон. Ми бачимо, що NPN Дарлінгтон складається з двох транзисторів NPN, а PNP Дарлінгтон складається з двох транзисторів PNP. Випромінювач першого транзистора безпосередньо з'єднаний через базу іншого транзистора, а також колектор двох транзисторів з'єднаний між собою. Ця конфігурація використовується як для транзисторів NPN, так і для PNP Дарлінгтона. У цій конфігурації пара або транзистор Дарлінгтона виробляє набагато більший коефіцієнт підсилення та великі можливості посилення.
Звичайний транзистор BJT (NPN або PNP) може працювати між двома станами, ON і OFF. Нам потрібно подати струм на базу, яка управляє струмом колектора. Коли ми подаємо достатньо струму на базу, BJT переходить в режим насичення, і струм перетікає від колектора до емітера. Цей струм колектора прямо пропорційний струму бази. Співвідношення струму бази та струму колектора називається коефіцієнтом посилення струму транзистора, який позначається як бета (β). У типових транзисторах BJT коефіцієнт посилення струму обмежений залежно від специфікації транзистора. Але в деяких випадках додатку потрібен більший струмовий коефіцієнт посилення, якого не міг би забезпечити один транзистор BJT.Пара Дарлінгтон ідеально підходить для застосування, де необхідний високий коефіцієнт посилення струму.
Перехресна конфігурація:
Однак конфігурація, показана на наведеному вище зображенні, використовує або два PNP, або два NPN, є інші конфігурації Дарлінгтона, або також доступна перехресна конфігурація, де PNP використовується з NPN, або NPN використовується з PNP. Цей тип перехресної конфігурації називається парною конфігурацією Сіклая Дарлінгтона або конфігурацією Push-Pull.
На наведеному вище зображенні пари Сіклай Дарлінгтон. Ця конфігурація виробляє менше тепла і має переваги щодо часу відгуку. Про це ми поговоримо пізніше. Він використовується для підсилювача класу AB або там, де потрібні топології Push-Pull.
Ось декілька проектів, в яких ми використовували транзистори Дарлінгтона:
- Генерування тонів натисканням пальців за допомогою Arduino
- Простий ланцюг детектора брехні за допомогою транзисторів
- Схема ІЧ-передавача великого діапазону
- Робот-послідовник лінії за допомогою Arduino
Розрахунок струму пари транзисторів Дарлінгтона:
На зображенні нижче ми бачимо два транзистори PNP або два транзистори NPN, з'єднані між собою.
Загальний коефіцієнт посилення по току пари Дарлінгтона буде бути-
Посилення струму (hFE) = Посилення першого транзистора (hFE 1) * Підсилення другого транзистора (hFE 2)
На зображенні вище два транзистори NPN створили конфігурацію NPN Дарлінгтона. Два транзистори T1 і T2 NPN з'єднані між собою в порядку, коли колектори T1 і T2 підключені. Перший транзистор T1 забезпечує необхідний струм бази (IB2) на базу другого транзистора T2. Отже, базовий струм IB1, який контролює T1, контролює потік струму на базі T2.
Отже, загальний коефіцієнт посилення струму (β) досягається, коли струм колектора дорівнює
β * IB як hFE = fFE 1 * hFE 2
Оскільки два транзистори колектора з'єднані разом, загальний струм колектора (IC) = IC1 + IC2
Тепер, як обговорювалося вище, ми отримуємо струм колектора β * IB 1
У цій ситуації поточний виграш дорівнює одиниці або перевищує одиницю.
Давайте подивимося, як коефіцієнт посилення струму є множенням коефіцієнта посилення струму двох транзисторів.
IB2 контролюється струмом випромінювача T1, який є IE1. IE1 безпосередньо підключений через T2. Отже, IB2 та IE1 однакові.
IB2 = IE1.
Ми можемо змінити ці стосунки далі
IC 1 + IB 1
Змінюючи IC1, як і раніше, ми отримуємо
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Як і раніше, ми це вже бачили
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 або 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 }
Отже, загальний коефіцієнт струму колектора є комбінованим коефіцієнтом посилення окремих транзисторів.
Приклад транзистора Дарлінгтона:
60W навантаження з 15В потребами вхідної напруги, щоб бути переключені з допомогою двох транзисторів NPN, створюючи пари Дарлінгтона. Перший коефіцієнт посилення транзистора буде 30, а другий коефіцієнт посилення транзистора буде 95. Ми розрахуємо базовий струм для перемикання навантаження.
Як ми знаємо, при включенні навантаження струм колектора буде струмом навантаження. Відповідно до закону про потужність, струм колектора (IC) або струм навантаження (IL) буде
I L = I C = Потужність / Напруга = 60/15 = 4А
Оскільки коефіцієнт посилення базового струму для першого транзистора буде 30, а для другого транзистора буде 95 (β1 = 30 і β2 = 95), ми можемо розрахувати базовий струм за наступним рівнянням -
Отже, якщо ми подаємо струм 1,3 мА на першу базу транзистора, навантаження перемкнеться « УВІМКНЕНО », і якщо ми подамо струм 0 мА або заземлимо базу, навантаження буде вимкнено « ВИМК. ».
Застосування транзистора Дарлінгтона:
Застосування транзистора Дарлінгтона таке саме, як і для звичайного транзистора BJT.
На зображенні вище транзистор NPN Дарлінгтона використовується для перемикання навантаження. Навантаження може бути будь-яким, від індуктивного чи резистивного навантаження. Базовий резистор R1 подає струм бази на транзистор Дарлінгтона NPN. Резистор R2 призначений для обмеження струму навантаженням. Він застосовується для конкретних навантажень, які потребують обмеження струму в стабільній роботі. Оскільки приклад свідчить про те, що базовий струм вимагав дуже низького рівня, його можна легко переключити з мікроконтролера або цифрових блоків логіки. Але коли пара Дарлінгтона знаходиться в насиченій області або повністю в стані, спостерігається падіння напруги на базі та емітері. Це головний недолік пари Дарлінгтон. Падіння напруги коливається від.3 В до 1,2 В. Через це падіння напруги транзистор Дарлінгтона нагрівається, коли знаходиться в повністю включеному режимі та подає струм на навантаження. Крім того, завдяки конфігурації другий резистор включається першим резистором, транзистор Дарлінгтона виробляє повільніший час відгуку. У такому випадку конфігурація Sziklai забезпечує перевагу над часом відгуку та тепловими характеристиками.
Популярним транзистором NPN Дарлінгтон є BC517.
Відповідно до таблиці даних BC517, наведений вище графік забезпечує посилення струму постійного струму BC517. Три криві від нижчої до вищої відповідно забезпечують інформацію про температуру навколишнього середовища. Якщо ми бачимо криву температури навколишнього середовища 25 градусів, коефіцієнт посилення постійного струму є максимальним, коли струм колектора становить близько 150 мА.
Що таке ідентичний транзистор Дарлінгтона?
Ідентичний транзистор Дарлінгтона має дві однакові пари з абсолютно однаковими характеристиками з однаковим коефіцієнтом посилення струму для кожного. Це означає, що коефіцієнт посилення струму першого транзистора β1 такий же, як і коефіцієнт посилення струму β2 другого транзистора .
Використовуючи формулу струму колектора, коефіцієнт посилення струму ідентичного транзистора буде
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Поточний приріст буде набагато вищим. Прикладами пар Дарлінгтон NPN є TIP120, TIP121, TIP122, BC517 і PNP Прикладами пар Дарлінгтон є BC516, BC878 і TIP125.
Транзисторна мікросхема Дарлінгтона:
Пара Дарлінгтон дозволяє користувачам керувати більшою кількістю потужностей на кілька міліампер джерела струму від мікроконтролера або джерел низького струму.
ULN2003 - це мікросхема, що широко використовується в електроніці, яка забезпечує силові струми Дарлінгтона з 7 вихідними колекторами. Сімейство ULN складається з ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, трьох різних варіантів у декількох варіантах упаковки. ULN2003 широко використовується варіант в серії ULN. Цей пристрій містить діоди придушення всередині інтегральної схеми, що є додатковою функцією для керування індуктивним навантаженням за допомогою цього.
Це внутрішня структура ІС ULN2003. Це 16- контактний пакет для занурення. Як ми бачимо, вхідний та вихідний висновки абсолютно протилежні, завдяки цьому легше підключити мікросхему та зробити спрощену конструкцію друкованих плат.
Є сім відкритих колекторних штифтів. Також доступний один додатковий штифт, який корисний для застосування, пов'язаного з індуктивним навантаженням, це можуть бути двигуни, соленоїди, реле, які потребують діодів вільного ходу, ми можемо здійснити підключення за допомогою цього штифта.
Вхідні висновки сумісні для використання з TTL або CMOS, з іншого боку вихідні висновки здатні подавати сильні струми. Згідно з таблицею даних, пари Дарлінгтона здатні пропускати 500 мА струму і можуть терпіти 600 мА пікового струму.
На верхньому зображенні для кожного драйвера показано фактичне з’єднання масиву Дарлінгтона. Він використовується в семи драйверах, кожен драйвер складається з цієї схеми.
Коли вхідні штифти ULN2003, від контакту 1 до контакту 7, забезпечені високим, вихід буде низьким, і він буде пропускати через нього струм. І коли ми надаємо вхідний штифт з низьким рівнем виходу, він буде знаходитись у стані високого імпедансу, і він не буде опускати струм. Контакт 9 використовуються для вибігання діода; він завжди повинен бути підключений до VCC при перемиканні будь-якого індуктивного навантаження за допомогою серії ULN. Ми також можемо керувати більшою кількістю поточних програм, паралельно виконуючи паральні входи та виходи, як ми можемо з'єднати контакт 1 з контактом 2, а з іншого боку - контакт 16 і 15 і паралельно дві пари Дарлінгтона для керування більшими струмовими навантаженнями.
ULN2003 також використовується для керування кроковими двигунами з мікроконтролерами.
Переключення двигуна за допомогою ULN2003 IC:
У цьому відео двигун підключений через вихідний штифт колектора з відкритим колектором, з іншого боку, на вході ми забезпечуємо струм приблизно 500 нА (.5 мА) і контролюємо 380 мА струму через двигун. Ось як невелика кількість базового струму може контролювати набагато більший струм колектора в транзисторі Дарлінгтона.
Крім того, як двигун використовується, контакт 9 з'єднаний через VCC для забезпечення вільного ходу захисту.
Резистор забезпечує низьку тягу, роблячи вхід низьким, коли струм не надходить від джерела, що робить вихідний високий імпеданс зупинкою двигуна. Зворотне відбудеться, коли додатковий струм подається через вхідний штифт.