Darlington-tranzisztor számításai

A Darlington tranzisztor egy jól ismert és népszerű kapcsolat, amely egy bipoláris tranzisztor kereszteződésű tranzisztort (BJT) használ, és amelyet úgy terveztek, mint egy egységes 'nagyszerű' tranzisztor. Az alábbi ábra a kapcsolat részleteit mutatja.

Meghatározás

A Darlington-tranzisztor két BJT közötti kapcsolatként definiálható, amely lehetővé teszi számukra, hogy egyetlen összetett BJT-t alkossanak, jelentős mennyiségű áramerősítést szerezve, amely általában meghaladhatja az ezret.

Ennek a konfigurációnak az a fő előnye, hogy az összetett tranzisztor úgy viselkedik, mint egyetlen, továbbfejlesztett eszköz jelenlegi nyereség egyenértékű az egyes tranzisztorok aktuális nyereségeinek szorzatával.

Ha a Darlington-kapcsolat két különálló BJT-ből áll, jelenlegi erősítéssel β₁és β_kéta kombinált áramerősség kiszámítható a következő képlettel:

b_D= β₁b_két-------- (12.7)

Ha egyező tranzisztorokat használnak Darlington-csatlakozásban úgy, hogy β₁= β_két= β, az aktuális erősítés fenti képlete egyszerűsödik:

b_D= β^két-------- (12.8)

Csomagolt Darlington tranzisztor

Óriási népszerűségének köszönhetően a Darlington tranzisztorokat egy csomagban készen is gyártják és kaphatóak, amelyek két BJT-t tartalmaznak, amelyek belső egységként vannak bekötve.

Az alábbi táblázat egy Darlington-pár egy adatcsomagot tartalmaz egyetlen csomagban.

A jelzett aktuális nyereség a két BJT nettó nyeresége. Az egység külsőleg 3 szabványos csatlakozóval rendelkezik, nevezetesen alap, emitter, kollektor.

Ez a fajta csomagolt Darlington tranzisztor külső tulajdonságokkal rendelkezik, mint a normál tranzisztorok, de nagyon magas és fokozott áramerősítésű kimenettel rendelkezik, a normál egy tranzisztorokhoz képest.

Hogyan lehet DC-t elfoglalni egy Darlington-tranzisztor áramkörön

A következő ábra egy közös Darlington-áramkört mutat, amely tranzisztorokat használ, nagyon nagy áramerősítéssel β_D.

Itt az alapáram kiszámítható a képlet segítségével:

én_B= V_DC- V_LENNI/ R_B+ β_DR_IS-------------- (12.9)

Bár ez hasonlónak tűnhet a egyenlet, amelyet általában bármely szabályos BJT esetében alkalmaznak , a β érték_Da fenti egyenletben lényegesen magasabb lesz, és a V_LENNIviszonylag nagyobb lesz. Ez az előző bekezdésben bemutatott minta adatlapon is bebizonyosodott.

Ezért az emitteráram a következőképpen számítható:

én_IS= (β_D+ 1) I_B≈ β_Dén_B-------------- (12.10)

Az egyenfeszültség a következő lesz:

V_IS= I_ISR_IS-------------- (12.11)

V_B= V_IS+ V_LENNI-------------- (12.12)

Megoldott 1. példa

Az alábbi ábrán megadott adatok alapján számítsa ki a Darlington áramkör előfeszültségeit és feszültségeit.

Megoldás : A 12.9 egyenlet alkalmazásával az alapáramot a következőképpen határozzuk meg:

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

A 12.10 egyenlet alkalmazásával az emitteráram a következőképpen értékelhető:

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

Az emitter egyenfeszültsége a 12.11 egyenlet felhasználásával kiszámítható:

V_IS= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Végül a kollektor feszültsége az egyenlet alkalmazásával értékelhető. 12.12 az alábbiak szerint:

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

Ebben a példában a tápfeszültség a Darlington kollektoránál a következő lesz:
V_C= 18 V

AC egyenértékű Darlington áramkör

Az alábbi ábrán láthatjuk a BJT kibocsátó-követő áramkör Darlington módban csatlakozik. A pár bázis csatlakozója a C1 kondenzátoron keresztül váltakozó áramú bemeneti jelhez csatlakozik.

A C2 kondenzátoron keresztül kapott kimeneti váltakozó jel a készülék emitter termináljához kapcsolódik.

A fenti konfiguráció szimulációs eredményét a következő ábra mutatja be. Itt látható, hogy a Darlington tranzisztor váltakozó áramú egyenértékű áramkörrel rendelkezik, amelynek bemeneti ellenállása van r _én és az áram kimeneti forrása b _D én _b

A váltakozó áramú bemenet impedanciája az alábbiak szerint számítható:

AC alapáram áthalad r _én az:

én_b= V_én- V_vagy/ r_én---------- (12.13)

Mivel
V_vagy= (I_b+ β_Dén_b) R_IS---------- (12.14)

Ha a 12.13. Egyenletet alkalmazzuk az Eq. 12.14:

én_br_én= V_én- V_vagy= V_én- Én_b(1 + β_D) R_IS

A fentiek megoldása a V _én:

V_én= I_b[r_én+ (1 + β_D) R_IS]

V_én/ I_b= r_én+ β_DR_IS

Most, a tranzisztor bázisát vizsgálva, annak AC bemeneti impedanciája a következőképpen értékelhető:

VAL VEL_én= R_B॥ r_én+ β_DR_IS---------- (12.15)

Megoldott 2. példa

Most oldjunk meg egy gyakorlati példát a fenti AC egyenértékű emitterkövető kialakításra:

Határozza meg az áramkör bemeneti impedanciáját, adott r értékre _én = 5 kΩ

Az Eq.12.15 alkalmazásával megoldjuk az egyenletet az alábbiak szerint:

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

Gyakorlati tervezés

Itt van egy praktikus Darlington kialakítás a 2N3055 teljesítménytranzisztor egy kis jelű BC547 tranzisztorral.

A jelbemeneti oldalon 100K ellenállást használnak, hogy az áramot néhány millaméterre csökkentse.

Általában ilyen alacsony áram mellett az alapon a 2N3055 önmagában soha nem képes megvilágítani nagy áramterhelést, például egy 12 V 2 amperes izzót. Ennek oka, hogy a 2N3055 áramerősítése nagyon alacsony ahhoz, hogy az alacsony alapáramot nagy kollektorárammá dolgozza fel.

Amint azonban egy másik BJT, amely itt egy BC547, Darlington-párban csatlakozik a 2N3055-höz, az egységes áramerősítés nagyon magas értékre ugrik, és lehetővé teszi a lámpa teljes fényerejének felragyogását.

A 2N3055 átlagos áramerősítése (hFE) 40 körül van, míg a BC547 esetében 400. Ha a kettőt Darlington párként kombináljuk, az erősítés lényegesen 40 x 400 = 16000-re nő, nem fantasztikus. Ez az a fajta teljesítmény, amelyet képesek vagyunk megszerezni egy Darlington tranzisztor konfigurációból, és egy közönséges megjelenésű tranzisztort rendkívül egyszerű besorolású eszközzé lehet alakítani, csak egyszerű módosítással.