- Транзисторна двойка Дарлингтън и нейната конфигурация:
- Изчисляване на текущия коефициент на ток на транзистор на Дарлингтън:
- Пример за транзистор в Дарлингтън:
- Приложение за транзистор Дарлингтън:
- Какво е идентичен транзистор от Дарлингтън?
- Данлингтън транзистор IC:
- Превключване на мотор с помощта на ULN2003 IC:
Транзисторът Дарлингтън е изобретен през 1953 г. от американски електроинженер и изобретател Сидни Дарлингтън.
Транзисторът в Дарлингтън използва два стандартни транзистора BJT (Bi-polar junction transistor), които са свързани заедно. Транзисторът на Дарлингтън е свързан в конфигурация, при която единият емитер на транзистора осигурява пристрастен ток към основата на другия транзистор
Транзисторна двойка Дарлингтън и нейната конфигурация:
Ако видим символа на Дарлингтънския транзистор, можем ясно да видим как са свързани два транзистора. На снимките по-долу са показани два типа транзистори на Дарлингтън. От лявата страна е NPN Дарлингтън, а от другата страна е PNP Дарлингтън. Виждаме, че NPN Дарлингтън се състои от два NPN транзистора, а PNP Дарлингтън се състои от два PNP транзистора. Излъчвателят на първия транзистор е свързан директно през основата на други транзистори, а колекторът на двата транзистора е свързан заедно. Тази конфигурация се използва както за NPN, така и за PNP транзистори Дарлингтън. В тази конфигурация двойката или транзисторът на Дарлингтън произвежда много по-висока печалба и големи възможности за усилване.
Нормалният транзистор BJT (NPN или PNP) може да работи между две състояния, ON и OFF. Трябва да осигурим ток към основата, която контролира тока на колектора. Когато осигурим достатъчно ток към основата, BJT влиза в режим на насищане и токът преминава от колектор към емитер. Този ток на колектора е право пропорционален на базовия ток. Съотношението на базовия ток и тока на колектора се нарича усилване на тока на транзистора, което се обозначава като бета (β). В типичния транзистор BJT текущото усилване е ограничено в зависимост от спецификацията на транзистора. Но в някои случаи приложението се нуждае от по-голяма текуща печалба, която един BJT транзистор не може да осигури. TheДвойката Дарлингтън е идеална за приложението, където е необходимо голямо усилване на тока.
Кръстосана конфигурация:
Конфигурацията, показана на горното изображение, използва или два PNP, или два NPN, има и друга конфигурация на Дарлингтън или е налична и кръстосана конфигурация, където PNP се използва с NPN или NPN се използва с PNP. Този тип кръстосана конфигурация се нарича конфигурация на двойка Sziklai Darlington или конфигурация Push-Pull.
На горното изображение са показани двойките Sziklai Darlington. Тази конфигурация произвежда по-малко топлина и има предимства по отношение на времето за реакция. Ще обсъдим за това по-късно. Използва се за усилвател клас AB или там, където са необходими топологии Push-Pull.
Ето няколко проекта, в които използвахме транзисторите Дарлингтън:
- Генериране на тонове чрез потупване на пръсти с помощта на Arduino
- Обикновена схема на детектора на лъжата, използваща транзистори
- Дългочестотна схема на ИЧ предавател
- Line Follower Robot, използващ Arduino
Изчисляване на текущия коефициент на ток на транзистор на Дарлингтън:
На изображението по-долу можем да видим два PNP или два NPN транзистора са свързани заедно.
В цялостната текущата печалба на двойката Дарлингтън ще да бъде:
Текуща печалба (hFE) = Първа транзисторна печалба (hFE 1) * Втора транзисторна печалба (hFE 2)
В горното изображение два NPN транзистора създадоха NPN конфигурация на Дарлингтън. Двата NPN транзистора T1 и T2 са свързани заедно в ред, в който са свързани колекторите на T1 и T2. Първият транзистор T1, осигуряващ необходимия базов ток (IB2) към основата на втория транзистор T2. И така, базовият ток IB1, който контролира T1, контролира текущия поток в основата на T2.
И така, общото усилване на тока (β) се постига, когато токът на колектора е
β * IB като hFE = fFE 1 * hFE 2
Тъй като два транзистора колектор са свързани заедно, общ ток на колектора (IC) = IC1 + IC2
Както беше обсъдено по-горе, получаваме тока на колектора β * IB 1
В тази ситуация текущата печалба е единица или по-голяма от единица.
Нека видим как текущото усилване е умножението на текущото усилване на двата транзистора.
IB2 се контролира от емитерния ток на T1, който е IE1. IE1 е директно свързан през T2. И така, IB2 и IE1 са еднакви.
IB2 = IE1.
Можем да променим тази връзка допълнително с
IC 1 + IB 1
Променяме IC1, както направихме преди, получаваме
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Както и преди, видяхме това
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 или 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 }
И така, общият ток на колектора IC е комбинационен коефициент на усилване на отделните транзистори.
Пример за транзистор в Дарлингтън:
A 60W натоварване с 15V нужди въвеждане на напрежение да се включва използването на два NPN транзистори, създаване на Дарлингтън двойка. Първата транзисторна печалба ще бъде 30, а втората транзисторна печалба ще бъде 95. Ще изчислим базовия ток за превключване на товара.
Както знаем, когато товарът ще бъде включен, токът на колектора ще бъде токът на товара. Съгласно закона за мощността колекторният ток (IC) или токът на натоварване (IL) ще бъде
I L = I C = Мощност / напрежение = 60/15 = 4Amps
Тъй като базовото усилване на тока за първия транзистор ще бъде 30, а за втория транзистор ще бъде 95 (β1 = 30 и β2 = 95), можем да изчислим базовия ток със следното уравнение -
Така че, ако ние прилагаме 1,3 mA на ток през първото транзистор база, натоварването ще премине " ON " и ако ние прилагаме 0 mA ток или заземен основата на товара ще премине " OFF ".
Приложение за транзистор Дарлингтън:
Приложението на транзистора на Дарлингтън е същото като нормалния транзистор BJT.
В горното изображение транзисторът NPN Дарлингтън се използва за превключване на товара. Натоварването може да бъде от индуктивно или резистивно натоварване. Базовият резистор R1 осигурява базовия ток към транзистора NPN Дарлингтън. Резисторът R2 е да ограничи тока до товара. Приложим е за специфични товари, които се нуждаят от ограничаване на тока при стабилна работа. Тъй като примерът предполага, че базовият ток се изисква много нисък, той може лесно да се превключва от микроконтролер или цифрови логически модули. Но когато двойката Дарлингтън е в наситен регион или е напълно в състояние, има падане на напрежението в основата и излъчвателя. Това е основен недостатък за двойка Дарлингтън. Паданията на напрежението варират от.3V до 1.2v. Поради този спад на напрежението транзисторът на Дарлингтън се нагрява, когато е в напълно включен режим и подава ток към товара. Също така, поради конфигурацията вторият резистор се включва от първия резистор, транзисторът на Дарлингтън произвежда по-бавно време за реакция. В такъв случай конфигурацията на Sziklai осигурява предимство пред времето за реакция и топлинните характеристики.
Популярният транзистор NPN Дарлингтън е BC517.
Съгласно листа с данни на BC517, горната графика осигурява печалба от постоянен ток на BC517. Три криви от по-ниска към по-висока предоставят информация за околната температура. Ако видим кривата на околната температура от 25 градуса, усилването на постояннотоковия ток е максимално, когато токът на колектора е около 150mA.
Какво е идентичен транзистор от Дарлингтън?
Идентичният транзистор Дарлингтън има две еднакви двойки с абсолютно еднакви спецификации с еднакво усилване на тока за всеки един. Това означава, че усилването на тока на първия транзистор β1 е същото като усилването на тока β2 на вторите транзистори .
Използвайки формулата на тока на колектора, текущото усилване на идентичния транзистор ще бъде-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Текущата печалба ще бъде много по-висока. Примери за двойка NPN Дарлингтън са TIP120, TIP121, TIP122, BC517 и PNP Примери за двойки Дарлингтън са BC516, BC878 и TIP125.
Данлингтън транзистор IC:
Двойката Дарлингтън позволява на потребителите да управляват повече мощности с няколко милиампера на източник на ток от микроконтролер или източници с нисък ток.
ULN2003 е чип, широко използван в електрониката, който осигурява силни токови решетки на Дарлингтън със седем изхода с отворен колектор. Семейството ULN се състои от ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, три различни варианта в множество опции на пакета. В ULN2003 е широко използван вариант в ГГН серия. Това устройство включва диоди за потискане вътре в интегралната схема, което е допълнителна функция за задвижване на индуктивен товар, използвайки това.
Това е вътрешната структура на ULN2003 IC. Това е 16- пинов пакет. Както виждаме, входният и изходният щифт са точно противоположни, поради това е по-лесно да свържете интегралната схема и да направите дизайна на печатната платка по-опростен.
Предлагат се седем отворени колекторни щифта. Предлага се и един допълнителен щифт, който е полезен за приложение, свързано с индуктивно натоварване, това могат да бъдат двигатели, соленоиди, релета, които се нуждаят от диоди с свободен ход, можем да осъществим връзката, използвайки този щифт.
Входните щифтове са съвместими за използване с TTL или CMOS, от друга страна изходните щифтове са способни да поглъщат високи токове. Според листа с данни, двойките Дарлингтън са способни да потапят 500 mA ток и могат да толерират 600 mA пиков ток.
В горното изображение е показана действителната връзка с масива на Дарлингтън за всеки драйвер. Използва се в седем драйвера, всеки драйвер се състои от тази схема.
Когато входните щифтове на ULN2003, от щифт 1 до щифт 7, са снабдени с High, изходът ще бъде нисък и през него ще потъне ток. И когато осигурим нисък входен щифт, изходът ще бъде в състояние на висок импеданс и няма да потъне ток. В щифта 9 се използва за свободно движение диод; винаги трябва да бъде свързан към VCC, когато превключвате индуктивен товар, използвайки серия ULN. Можем също така да управляваме по-актуални приложения, като паралелизираме входове и изходи на две двойки, като можем да свържем щифт 1 с щифт 2, а от друга страна да свържем щифтове 16 и 15 и паралелни две двойки Дарлингтън за задвижване на по-високи токови натоварвания.
ULN2003 се използва и за задвижване на стъпкови двигатели с микроконтролери.
Превключване на мотор с помощта на ULN2003 IC:
В това видео двигателят е свързан през изходен щифт с отворен колектор, от друга страна входът, ние осигуряваме приблизително 500nA (.5mA) ток и контролиращ 380mA ток през двигателя. Ето как малкото количество базов ток може да контролира много по - високия ток на колектора в транзистора Дарлингтън.
Също така, както Motor се използва, за закрепване 9 е свързан през VCC да се осигури свободен ход защита.
Резисторът осигурява ниско изтегляне нагоре, правейки входа НИСЪК, когато от източника не идва поток, което прави изхода с висок импеданс да спира двигателя. Обратното ще се случи, когато през входния щифт се подаде допълнителен ток.