- Para tranzystorów Darlington i jej konfiguracja:
- Obliczanie wzmocnienia prądowego pary tranzystorów Darlington:
- Przykład tranzystora Darlington:
- Zastosowanie tranzystora Darlington:
- Co to jest identyczny tranzystor Darlington?
- Układ scalony tranzystora Darlington:
- Przełączanie silnika za pomocą układu ULN2003:
Tranzystor Darlington został wynaleziony w 1953 roku przez amerykańskiego inżyniera elektryka i wynalazcę Sidneya Darlingtona.
Tranzystor Darlington wykorzystuje dwa standardowe tranzystory BJT (tranzystor dwubiegunowy), które są ze sobą połączone. Tranzystor Darlington podłączony w konfiguracji, w której jeden z emiterów tranzystora dostarcza prąd spolaryzowany do bazy drugiego tranzystora.
Para tranzystorów Darlington i jej konfiguracja:
Jeśli zobaczymy symbol tranzystora Darlington, możemy wyraźnie zobaczyć, jak połączone są dwa tranzystory. Na poniższych zdjęciach pokazano dwa typy tranzystorów Darlington. Po lewej stronie jest to NPN Darlington, a po drugiej stronie jest to PNP Darlington. Widzimy, że NPN Darlington składa się z dwóch tranzystorów NPN, a PNP Darlington składa się z dwóch tranzystorów PNP. Emiter pierwszego tranzystora jest bezpośrednio połączony z bazą drugiego tranzystora, a także kolektor dwóch tranzystorów jest połączony ze sobą. Ta konfiguracja jest używana zarówno dla tranzystorów Darlington NPN, jak i PNP. W tej konfiguracji para lub tranzystor Darlingtona zapewnia znacznie większe wzmocnienie i duże możliwości wzmocnienia.
Normalny tranzystor BJT (NPN lub PNP) może działać między dwoma stanami, ON i OFF. Musimy dostarczyć prąd do bazy, która kontroluje prąd kolektora. Kiedy dostarczymy wystarczającą ilość prądu do bazy, BJT wchodzi w tryb nasycenia i prąd płynie z kolektora do emitera. Ten prąd kolektora jest wprost proporcjonalny do prądu podstawowego. Stosunek prądu bazowego do prądu kolektora nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora, który jest oznaczany jako Beta (β). W typowym tranzystorze BJT wzmocnienie prądu jest ograniczone w zależności od specyfikacji tranzystora. Ale w niektórych przypadkach aplikacja potrzebuje większego wzmocnienia prądowego, którego nie mógłby zapewnić pojedynczy tranzystor BJT. PlikPara Darlingtona jest idealna do zastosowań, w których wymagany jest duży przyrost prądu.
Konfiguracja krzyżowa:
Jednak konfiguracja pokazana na powyższym obrazku wykorzystuje dwa PNP lub dwa NPN, istnieje inna konfiguracja Darlingtona lub konfiguracja krzyżowa jest również dostępna, gdzie PNP jest używany z NPN lub NPN jest używany z PNP. Ten typ konfiguracji krzyżowej nazywany jest konfiguracją par Sziklai Darlington lub konfiguracją Push-Pull.
Na powyższym obrazku pokazano pary Sziklai Darlington. Ta konfiguracja wytwarza mniej ciepła i ma zalety w zakresie czasu odpowiedzi. Porozmawiamy o tym później. Jest używany we wzmacniaczach klasy AB lub tam, gdzie potrzebne są topologie Push-Pull.
Oto kilka projektów, w których wykorzystaliśmy tranzystory Darlington:
- Generowanie dźwięków przez stukanie palcami za pomocą Arduino
- Prosty obwód wykrywacza kłamstw wykorzystujący tranzystory
- Obwód nadajnika podczerwieni dalekiego zasięgu
- Robot Line Follower wykorzystujący Arduino
Obliczanie wzmocnienia prądowego pary tranzystorów Darlington:
Na poniższym obrazku widzimy, że dwa tranzystory PNP lub dwa NPN są połączone ze sobą.
Ogólny przyrost prądu pary Darlington staną
Wzmocnienie prądowe (hFE) = Wzmocnienie pierwszego tranzystora (hFE 1) * Wzmocnienie drugiego tranzystora (hFE 2)
Na powyższym obrazku dwa tranzystory NPN utworzyły konfigurację NPN Darlington. Dwa tranzystory NPN T1 i T2 są połączone ze sobą w kolejności, w której kolektory T1 i T2 są połączone. Pierwszy tranzystor T1 dostarcza wymagany prąd bazowy (IB2) do bazy drugiego tranzystora T2. Zatem prąd bazowy IB1, który steruje T1, steruje przepływem prądu u podstawy T2.
Tak więc całkowite wzmocnienie prądu (β) jest osiągane, gdy prąd kolektora jest
β * IB jako hFE = fFE 1 * hFE 2
Ponieważ kolektor dwóch tranzystorów jest połączony ze sobą, całkowity prąd kolektora (IC) = IC1 + IC2
Teraz, jak omówiono powyżej, otrzymujemy prąd kolektora β * IB 1
W tej sytuacji bieżący zysk jest równy jedności lub większy niż jeden.
Zobaczmy, jak wzmocnienie prądowe jest zwielokrotnieniem wzmocnienia prądowego dwóch tranzystorów.
IB2 jest sterowany przez prąd emitera T1, którym jest IE1. IE1 jest bezpośrednio podłączony do T2. Więc IB2 i IE1 są takie same.
IB2 = IE1.
Możemy dalej zmienić tę relację za pomocą
IC 1 + IB 1
Zmieniając IC1 tak jak poprzednio, otrzymujemy
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Teraz, jak poprzednio, widzieliśmy to
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 lub 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 }
Zatem całkowity prąd IC kolektora jest kombinacyjnym wzmocnieniem wzmocnienia poszczególnych tranzystorów.
Przykład tranzystora Darlington:
60W obciążenia z 15V potrzeby napięcia wejściowego być przełączane za pomocą dwóch NPN, tworząc parę Darlingtona. Wzmocnienie pierwszego tranzystora będzie wynosić 30, a wzmocnienie drugiego tranzystora - 95. Obliczymy prąd bazowy do przełączania obciążenia.
Jak wiemy, gdy obciążenie zostanie włączone, prąd kolektora będzie prądem obciążenia. Zgodnie z prawem mocy, prąd kolektora (IC) lub prąd obciążenia (IL) będzie
Ja L = Ja C = Moc / Napięcie = 60/15 = 4 A
Ponieważ wzmocnienie prądu bazowego dla pierwszego tranzystora będzie wynosić 30, a dla drugiego tranzystora będzie wynosić 95 (β1 = 30 i β2 = 95), możemy obliczyć prąd bazowy za pomocą następującego równania -
Tak więc, jeśli zastosujemy 1.3mA prądu na pierwszej bazy tranzystora, obciążenie włączy „ ON ” i jeśli stosujemy 0 mA prądu lub uziemiony bazy obciążenie zostanie włączone „ OFF ”.
Zastosowanie tranzystora Darlington:
Zastosowanie tranzystora Darlington jest takie samo jak zwykłego tranzystora BJT.
Na powyższym obrazku tranzystor NPN Darlington jest używany do przełączania obciążenia. Obciążenie może być dowolne, od obciążenia indukcyjnego lub rezystancyjnego. Rezystor bazowy R1 dostarcza prąd bazowy do tranzystora NPN Darlington. Rezystor R2 ma ograniczać prąd do obciążenia. Ma zastosowanie do określonych obciążeń, które wymagają ograniczenia prądu w stabilnej pracy. Jak sugeruje przykład, prąd bazowy wymagany jest bardzo mały, można go łatwo przełączać z mikrokontrolera lub jednostek logiki cyfrowej. Ale kiedy para Darlingtona jest w stanie nasyconym lub w pełni sprawna, następuje spadek napięcia na podstawie i nadajniku. Jest to główna wada dla pary Darlington. Spadki napięcia wahają się od 0,3 V do 1,2 V. Z powodu tego spadku napięcia tranzystor Darlington nagrzewa się bardziej, gdy jest w trybie pełnego włączenia i dostarcza prąd do obciążenia. Ponadto, ze względu na konfigurację, drugi rezystor jest włączany przez pierwszy rezystor, tranzystor Darlington wytwarza wolniejszy czas odpowiedzi. W takim przypadku konfiguracja Sziklai zapewnia przewagę nad czasem odpowiedzi i wydajnością termiczną.
Popularnym tranzystorem NPN Darlington jest BC517.
Zgodnie z arkuszem danych BC517, powyższy wykres przedstawia wzmocnienie prądu stałego BC517. Trzy krzywe, odpowiednio, od niższej do wyższej, dostarczają informacji o temperaturze otoczenia. Jeśli widzimy krzywą temperatury otoczenia 25 stopni, wzmocnienie prądu stałego jest maksymalne, gdy prąd kolektora wynosi około 150 mA.
Co to jest identyczny tranzystor Darlington?
Identyczny tranzystor Darlington ma dwie identyczne pary o dokładnie takiej samej specyfikacji z tym samym wzmocnieniem prądu dla każdej z nich. Oznacza to, że wzmocnienie prądowe pierwszego tranzystora β1 jest takie samo jak wzmocnienie prądowe β2 drugiego tranzystora .
Używając wzoru na prąd kolektora, wzmocnienie prądu Identycznego Tranzystora będzie:
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Obecny zysk będzie znacznie wyższy. Przykłady par NPN Darlington to TIP120, TIP121, TIP122, BC517 i PNP Przykłady par Darlington to BC516, BC878 i TIP125.
Układ scalony tranzystora Darlington:
Para Darlingtona pozwala użytkownikom na sterowanie większą liczbą aplikacji za pomocą kilku miliamperów źródła prądu z mikrokontrolera lub źródeł niskiego prądu.
ULN2003 to układ szeroko stosowany w elektronice, który zapewnia wysokoprądowe macierze Darlingtona z siedmioma wyjściami typu otwarty kolektor. Rodzina ULN obejmuje ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, trzy różne warianty w wielu opcjach pakietu. ULN2003 jest szeroko stosowany wariant, w serii ULN. Urządzenie to zawiera diody gaszące wewnątrz układu scalonego, co jest dodatkową funkcją do sterowania obciążeniem indukcyjnym za jego pomocą.
To jest wewnętrzna struktura układu scalonego ULN2003. Jest to pakiet dip 16pin. Jak widać, pin wejściowy i wyjściowy są dokładnie odwrotne, dzięki czemu łatwiej jest podłączyć układ scalony i uprościć projekt PCB.
Dostępnych jest siedem szpilek typu otwarty kolektor. Dostępny jest również jeden dodatkowy pin, który jest przydatny do zastosowań związanych z obciążeniem indukcyjnym, mogą to być silniki, solenoidy, przekaźniki, które wymagają diod gaszących, możemy wykonać połączenie za pomocą tego pinu.
Piny wejściowe są kompatybilne z TTL lub CMOS, z drugiej strony piny wyjściowe są w stanie odbierać wysokie prądy. Zgodnie z arkuszem danych, pary Darlingtona są w stanie odprowadzać prąd 500 mA i tolerować prąd szczytowy 600 mA.
Na górnym obrazku rzeczywiste połączenie macierzy Darlington jest pokazane dla każdego sterownika. Jest używany w siedmiu przetwornikach, każdy sterownik składa się z tego toru.
Gdy piny wejściowe ULN2003, od pinu 1 do pinu 7, są wyposażone w stan wysoki, wyjście będzie niskie i będzie przez niego pobierany prąd. A kiedy dostarczymy niski pin wejściowy, wyjście będzie w stanie wysokiej impedancji i nie będzie pobierać prądu. Kołek 9 jest wykorzystywany do główki diody; powinien być zawsze podłączony do VCC podczas przełączania dowolnego obciążenia indukcyjnego za pomocą serii ULN. Możemy również sterować bardziej aktualnymi aplikacjami, łącząc równolegle wejścia i wyjścia dwóch par, tak jak możemy połączyć pin 1 z pinem 2, az drugiej strony możemy połączyć pin 16 i 15 i równolegle dwie pary Darlingtona do napędzania wyższych obciążeń prądowych.
ULN2003 jest również używany do napędzania silników krokowych z mikrokontrolerami.
Przełączanie silnika za pomocą układu ULN2003:
W tym filmie silnik jest podłączony przez pin wyjściowy z otwartym kolektorem, z drugiej strony na wejściu dostarczamy prąd o wartości około 500nA (.5mA) i sterujemy prądem 380mA na silniku. W ten sposób niewielka ilość prądu bazowego może sterować znacznie wyższym prądem kolektora w tranzystorze Darlington.
Ponadto, jako silnik stosuje się, kołek 9 jest podłączony przez VCC zapewnić ochronę gaszącą.
Rezystor zapewnia niskie podciągnięcie, powodując, że wejście jest NISKIE, gdy ze źródła nie płynie prąd, co powoduje, że wyjście ma wysoką impedancję, zatrzymując silnik. Odwrotna sytuacja nastąpi, gdy dodatkowy prąd zostanie przyłożony do styku wejściowego.