Obliczenia tranzystora Darlington

Tranzystor Darlington jest dobrze znanym i popularnym połączeniem wykorzystującym parę bipolarnych tranzystorów połączeniowych (BJT), zaprojektowanych do pracy jak zunifikowany 'wspaniały' tranzystor. Poniższy diagram przedstawia szczegóły połączenia.

Definicja

Tranzystor Darlingtona można zdefiniować jako połączenie między dwoma BJT, które umożliwia im utworzenie pojedynczego kompozytowego BJT uzyskując znaczną ilość wzmocnienia prądowego, które zwykle może przekraczać tysiąc.

Główną zaletą tej konfiguracji jest to, że tranzystor kompozytowy zachowuje się jak pojedyncze urządzenie z ulepszonym bieżący zysk równoważny iloczynowi bieżących wzmocnień każdego tranzystora.

Jeśli połączenie Darlington składa się z dwóch oddzielnych BJT ze wzmocnieniami prądu β₁i β_dwałączny zysk prądowy można obliczyć za pomocą wzoru:

b_re= β₁b_dwa-------- (12,7)

Kiedy dopasowane tranzystory są używane w połączeniu Darlingtona, takim, że β₁= β_dwa= β, powyższy wzór na wzmocnienie prądu zostaje uproszczony jako:

b_re= β^dwa-------- (12,8)

Pakowany tranzystor Darlington

Ze względu na ogromną popularność tranzystory Darlington są również produkowane i dostępne w postaci gotowej w jednym pakiecie, który ma dwa BJT wewnętrznie połączone jako jedną jednostkę.

Poniższa tabela zawiera arkusz danych przykładowej pary Darlington w jednym pakiecie.

Wskazany przyrost prądu to zysk netto z dwóch BJT. Urządzenie jest dostarczane z 3 standardowymi zaciskami zewnętrznymi: podstawa, emiter, kolektor.

Ten rodzaj opakowanych tranzystorów Darlingtona ma cechy zewnętrzne podobne do normalnego tranzystora, ale ma bardzo wysoki i wzmocniony prąd wyjściowy w porównaniu do zwykłych pojedynczych tranzystorów.

Jak polaryzować obwód tranzystora Darlington DC

Poniższy rysunek przedstawia wspólny obwód Darlingtona wykorzystujący tranzystory o bardzo dużym wzmocnieniu prądowym β_re.

Tutaj prąd bazowy można obliczyć za pomocą wzoru:

ja_b= V_DC- V_BYĆ/ R_b+ β_reR_JEST-------------- (12,9)

Chociaż może to wyglądać podobnie do równanie, które jest zwykle stosowane dla każdego zwykłego BJT , wartość β_rew powyższym równaniu będzie znacznie wyższa, a V_BYĆbędzie stosunkowo większy. Zostało to również udowodnione w przykładowym arkuszu danych przedstawionym w poprzednim akapicie.

Dlatego prąd emitera można obliczyć jako:

ja_JEST= (β_re+ 1) I_b≈ β_reja_b-------------- (12.10)

Napięcie stałe będzie wynosić:

V_JEST= Ja_JESTR_JEST-------------- (12.11)

V_b= V_JEST+ V_BYĆ-------------- (12.12)

Rozwiązany Przykład 1

Z danych podanych na poniższym rysunku obliczyć prądy polaryzacji i napięcia obwodu Darlington.

Rozwiązanie : Stosując równanie 12.9 prąd bazowy jest określany jako:

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

Stosując równanie 12.10, prąd emitera można obliczyć jako:

ja_JEST≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_do

Napięcie stałe emitera można obliczyć za pomocą równania 12.11, jako:

V_JEST= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Wreszcie napięcie kolektora można oszacować stosując równanie. 12.12, jak podano poniżej:

V_b= 8 V + 1,6 V = 9,6 V.

W tym przykładzie napięcie zasilania na kolektorze Darlington będzie wynosić:
V_do= 18 V.

Równoważny obwód AC Darlington

Na poniższym rysunku widzimy plik Podążający za emiterem BJT obwód podłączony w trybie Darlingtona. Zacisk podstawowy pary jest podłączony do sygnału wejściowego prądu przemiennego przez kondensator C1.

Wyjściowy sygnał przemienny uzyskany przez kondensator C2 jest powiązany z końcówką nadajnika urządzenia.

Wynik symulacji powyższej konfiguracji przedstawia poniższy rysunek. Tutaj tranzystor Darlingtona zastąpiono równoważnym obwodem prądu przemiennego o rezystancji wejściowej r _ja i wyjściowe źródło prądu reprezentowane jako b _re ja _b

Impedancję wejścia AC można obliczyć w sposób wyjaśniony poniżej:

Przepływ prądu podstawowego AC r _ja jest:

ja_b= V_ja- V_lub/ r_ja---------- (12,13)

Od
V_lub= (I_b+ β_reja_b) R._JEST---------- (12,14)

Jeśli zastosujemy równanie 12.13 w równaniu. 12.14 otrzymujemy:

ja_br_ja= V_ja- V_lub= V_ja- JA_b(1 + β_re) R._JEST

Rozwiązanie powyższego dla V _ja:

V_ja= Ja_b[r_ja+ (1 + β_re) R._JEST]

V_ja/ JA_b= r_ja+ β_reR_JEST

Teraz, badając bazę tranzystora, impedancję wejściową prądu przemiennego można ocenić jako:

Z_ja= R_b॥ r_ja+ β_reR_JEST---------- (12,15)

Rozwiązany Przykład 2

Teraz rozwiążmy praktyczny przykład powyższego projektu popychacza emitera odpowiadającego AC:

Określić impedancję wejściową obwodu, biorąc pod uwagę r _ja = 5 kΩ

Stosując równanie 12.15 rozwiązujemy równanie jak poniżej:

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

Praktyczny projekt

Oto praktyczny projekt Darlington przez połączenie Tranzystor mocy 2N3055 z małym sygnałem tranzystor BC547.

Rezystor 100K jest używany po stronie wejścia sygnału, aby zmniejszyć prąd do kilku milamperów.

Zwykle przy tak niskim prądzie u podstawy, sam 2N3055 nigdy nie może oświetlić dużego obciążenia prądowego, takiego jak żarówka 12 V 2 A. Dzieje się tak, ponieważ wzmocnienie prądu 2N3055 jest bardzo małe, aby przetworzyć niski prąd bazowy na wysoki prąd kolektora.

Jednak gdy tylko inny BJT, który jest tutaj BC547, zostanie połączony z 2N3055 w parze Darlingtona, zunifikowane wzmocnienie prądu przeskakuje do bardzo wysokiej wartości i pozwala lampie świecić z pełną jasnością.

Średni przyrost prądu (hFE) 2N3055 wynosi około 40, podczas gdy dla BC547 jest to 400. Kiedy oba są połączone jako para Darlingtona, wzmocnienie gwałtownie wzrasta do 40 x 400 = 16000, niesamowite, czyż nie. Taką moc jesteśmy w stanie uzyskać z konfiguracji tranzystora Darlingtona, a zwykły tranzystor wyglądający na zwykły tranzystor może zostać przekształcony w niezwykle wydajne urządzenie za pomocą prostej modyfikacji.