Výpočty Darlingtonových tranzistorů

Darlingtonův tranzistor je dobře známé a populární připojení využívající dvojici bipolárních tranzistorových spojovacích tranzistorů (BJT), určených pro provoz jako jednotný 'nádherný' tranzistor. Následující diagram ukazuje podrobnosti o připojení.

Definice

Darlingtonův tranzistor lze definovat jako spojení mezi dvěma BJT, které jim umožňuje vytvořit jediný kompozitní BJT získávající značné množství aktuálního zisku, který se může obvykle pohybovat nad tisíc.

Hlavní výhodou této konfigurace je, že kompozitní tranzistor se chová jako jediné zařízení, které má vylepšený aktuální zisk ekvivalent k součinu proudových zisků každého tranzistoru.

Pokud se Darlingtonovo spojení skládá ze dvou jednotlivých BJT s proudovými zisky β₁a β_dvakombinovaný proudový zisk lze vypočítat podle vzorce:

b_D= β₁b_dva-------- (12,7)

Jsou-li uzavřené tranzistory použity v Darlingtonově připojení tak, že β₁= β_dva= β, výše uvedený vzorec pro aktuální zisk se zjednoduší jako:

b_D= β^dva-------- (12,8)

Zabalený Darlingtonův tranzistor

Díky své nesmírné popularitě jsou tranzistory Darlington také vyráběny a jsou k dispozici hotové v jednom balení, které má dva BJT interně zapojené jako jeden celek.

Následující tabulka poskytuje datový list příkladu Darlingtonova páru v rámci jednoho balíčku.

Indikovaný aktuální zisk je čistý zisk ze dvou BJT. Jednotka je dodávána se 3 standardními svorkami externě, jmenovitě základnou, emitorem, kolektorem.

Tento druh zabalených Darlingtonových tranzistorů má vnější vlastnosti podobné běžným tranzistorům, ale mají velmi vysoký a vylepšený výstup proudového zisku ve srovnání s normálními samostatnými tranzistory.

Jak DC Bias Darlingtonův tranzistorový obvod

Následující obrázek ukazuje běžný Darlingtonův obvod využívající tranzistory s velmi vysokým proudovým ziskem β_D.

Zde lze vypočítat základní proud pomocí vzorce:

Já_B= V_DC- V_BÝT/ R._B+ β_DR_JE-------------- (12,9)

I když to může vypadat podobně jako rovnice, která se běžně používá pro všechny běžné BJT , hodnota β_Dve výše uvedené rovnici bude podstatně vyšší a V_BÝTbude poměrně větší. To se také prokázalo ve vzorovém datovém listu uvedeném v předchozím odstavci.

Proto lze emitorový proud vypočítat jako:

Já_JE= (β_D+ 1) Já_B≈ β_DJá_B-------------- (12.10)

DC napětí bude:

PROTI_JE= Já_JER_JE-------------- (12.11)

PROTI_B= V_JE+ V_BÝT-------------- (12.12)

Vyřešený příklad 1

Z údajů uvedených na následujícím obrázku vypočítejte předpínací proudy a napětí Darlingtonova obvodu.

Řešení : Při použití rovnice 12.9 je základní proud určen jako:

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

Při použití rovnice 12.10 lze proud emitoru vyhodnotit jako:

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

Stejnosměrné napětí vysílače lze vypočítat pomocí rovnice 12.11, jako:

PROTI_JE= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Nakonec lze napětí kolektoru posoudit použitím rovnice. 12.12, jak je uvedeno níže:

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

V tomto příkladu bude napájecí napětí na kolektoru Darlingtonu:
PROTI_C= 18 V

AC ekvivalentní Darlingtonův obvod

Na obrázku níže můžeme vidět a Sledovač emitorů BJT obvod zapojený v Darlingtonském režimu. Terminál základny páru je připojen ke vstupnímu střídavému signálu přes kondenzátor C1.

Výstupní střídavý signál získaný kondenzátorem C2 je spojen s terminálem emitoru zařízení.

Výsledek simulace výše uvedené konfigurace je uveden na následujícím obrázku. Zde lze vidět Darlingtonův tranzistor nahrazený obvodem ekvivalentního střídavého proudu se vstupním odporem r _i a výstupní zdroj proudu reprezentovaný jako b _D Já _b

Vstupní impedanci střídavého proudu lze vypočítat podle níže uvedeného popisu:

Prochází střídavý proud střídavého proudu r _i je:

Já_b= V_i- V_nebo/ r_i---------- (12.13)

Od té doby
PROTI_nebo= (Já_b+ β_DJá_b) R_JE---------- (12.14)

Pokud použijeme Eq 12,13 v Eq. 12.14 dostaneme:

Já_br_i= V_i- V_nebo= V_i- Já_b(1 + β_D) R_JE

Řešení výše uvedeného pro PROTI _i:

PROTI_i= Já_b[r_i+ (1 + β_D) R_JE]

PROTI_i/ Já_b= r_i+ β_DR_JE

Nyní při zkoumání základny tranzistoru lze její vstupní impedanci střídavého proudu vyhodnotit jako:

S_i= R._B॥ r_i+ β_DR_JE---------- (12.15)

Vyřešený příklad 2

Nyní pojďme vyřešit praktický příklad pro výše uvedený návrh sledovače emitoru ekvivalentního střídavému proudu:

Určete vstupní impedanci obvodu danou r _i = 5 kΩ

Použitím rovnice 12.15 řešíme rovnici, jak je uvedeno níže:

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

Praktický design

Zde je praktický design Darlingtonu připojením a Výkonový tranzistor 2N3055 s malým signálním tranzistorem BC547.

Na straně vstupu signálu se používá 100K rezistor ke snížení proudu na několik millamps.

Normálně s tak nízkým proudem v základně samotný 2N3055 nikdy nedokáže osvětlit zátěž s vysokým proudem, jako je žárovka 12V 2 amp. Je to proto, že proudový zisk 2N3055 je velmi nízký na to, aby zpracoval nízký základní proud na vysoký kolektorový proud.

Avšak jakmile je další BJT, kterým je BC547, připojen k 2N3055 v Darlingtonově páru, sjednocený proudový zisk vyskočí na velmi vysokou hodnotu a umožní lampě svítit při plném jasu.

Průměrný aktuální zisk (hFE) 2N3055 je kolem 40, zatímco u BC547 je to 400. Když jsou dva kombinovány jako Darlingtonův pár, zisk vystřelí v podstatě až na 40 x 400 = 16000, je to úžasné. To je druh energie, kterou jsme schopni získat z konfigurace Darlingtonova tranzistoru, a z obyčejně vypadajícího tranzistoru by se dalo udělat jednoduchou modifikací zařízení s obrovským hodnocením.