Darlington Transistorberäkningar

Darlington-transistor är en välkänd och populär anslutning med ett par bipolära transistorkopplingstransistorer (BJT), utformade för att fungera som en enhetlig 'utmärkt' transistor. Följande diagram visar detaljerna i anslutningen.

Definition

En Darlington-transistor kan definieras som en anslutning mellan två BJT som gör det möjligt för dem att bilda en enda sammansatt BJT som förvärvar en betydande mängd strömförstärkning, som typiskt kan sträcka sig över tusen.

Den största fördelen med denna konfiguration är att den sammansatta transistorn beter sig som en enda enhet som har en förstärkt nuvarande vinst motsvarande produkten av de aktuella vinsterna för varje transistor.

Om Darlington-anslutningen består av två individuella BJT med nuvarande förstärkning β₁och β_tvåden kombinerade strömförstärkningen kan beräknas med formeln:

b_D= β₁b_två-------- (12.7)

När matchade transistorer används i en Darlington-anslutning så att β₁= β_två= β, formeln ovan för aktuell förstärkning blir förenklad som:

b_D= β^två-------- (12.8)

Förpackad Darlington Transistor

På grund av sin enorma popularitet är Darlington-transistorer också tillverkade och tillgängliga färdiga i ett enda paket som har två BJT-enheter internt anslutna som en enhet.

Följande tabell innehåller databladet för ett exempel på Darlington-par i ett enda paket.

Den angivna aktuella vinsten är nettovinsten från de två BJT: erna. Enheten levereras med 3 standardterminaler externt, nämligen bas, emitter, kollektor.

Denna typ av förpackade Darlington-transistorer har externa funktioner som liknar en normal transistor men har mycket hög och förbättrad strömförstärkningseffekt jämfört med de normala enstaka transistorerna.

Hur DC förspänner en Darlington Transistor Circuit

Följande bild visar en vanlig Darlington-krets med transistorer med mycket hög strömförstärkning β_D.

Här kan basströmmen beräknas med formeln:

Jag_B= V_DC- V_VARA/ R_B+ β_DR_ÄR-------------- (12.9)

Även om detta kan se ut som ekvation som normalt tillämpas för varje vanlig BJT , värdet β_Di ovanstående ekvation kommer att vara väsentligt högre, och V_VARAkommer att bli jämförelsevis större. Detta har också bevisats i exemplet datablad som presenterades i föregående stycke.

Därför kan emitterströmmen beräknas som:

Jag_ÄR= (β_D+ 1) I_B≈ β_DJag_B-------------- (12.10)

DC-spänning kommer att vara:

V_ÄR= Jag_ÄRR_ÄR-------------- (12.11)

V_B= V_ÄR+ V_VARA-------------- (12.12)

Löst exempel 1

Beräkna förspänningsströmmarna och spänningarna i Darlington-kretsen utifrån uppgifterna i följande bild.

Lösning : Tillämpning av ekv.12.9 basströmmen bestäms som:

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

Tillämpning av ekv.12.10 kan emitterströmmen utvärderas som:

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

Emitter DC-spänning kan beräknas med hjälp av ekvation 12.11, som:

V_ÄR= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Slutligen kan kollektorspänningen utvärderas genom att använda ekv. 12.12 enligt nedan:

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

I detta exempel kommer matningsspänningen vid uppsamlaren i Darlington att vara:
V_C= 18 V

AC motsvarande Darlington Circuit

I figuren nedan kan vi se a BJT emitter-följare krets ansluten i Darlington-läge. Basterminalen för paret är ansluten till en växelströmsingångssignal via kondensatorn Cl.

Utsignalen för växelström som erhålls genom kondensatorn C2 är associerad med apparatens emitterterminal.

Simuleringsresultatet för ovanstående konfiguration presenteras i följande figur. Här kan Darlington-transistorn ses ersättas med en likvärdig likströmskrets med ingångsmotstånd r _i och en utgångskälla för ström representerad som b _D Jag _b

AC-ingångsimpedansen kan beräknas enligt nedan:

Ac basström passerar igenom r _i är:

Jag_b= V_i- V_eller/ r_i---------- (12,13)

Eftersom
V_eller= (Jag_b+ β_DJag_b) R_ÄR---------- (12.14)

Om vi ​​använder ekv 12.13 i ekv. 12.14 får vi:

Jag_br_i= V_i- V_eller= V_i- Jag_b(1 + p_D) R_ÄR

Lösa ovanstående för V _i:

V_i= Jag_b[r_i+ (1 + p_D) R_ÄR]

V_i/ Jag_b= r_i+ β_DR_ÄR

Nu, när vi undersöker transistorbasen, kan dess ingångsimpedans utvärderas som:

MED_i= R_B॥ r_i+ β_DR_ÄR---------- (12.15)

Löst exempel 2

Låt oss nu lösa ett praktiskt exempel för ovanstående AC-ekvivalent emitterfollower-design:

Bestäm kretsens ingångsimpedans, givet r _i = 5 kΩ

Tillämpning av ekv.12.15 löser vi ekvationen enligt nedan:

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

Praktisk design

Här är en praktisk Darlington-design genom att ansluta en 2N3055 effekttransistor med en liten signal BC547-transistor.

Ett 100K-motstånd används på signalingångssidan för att minska strömmen till några millamps.

Normalt med så låg ström vid basen kan 2N3055 ensam aldrig belysa en hög strömbelastning som en 12V 2-amp glödlampa. Detta beror på att strömförstärkningen på 2N3055 är mycket låg för att bearbeta den låga basströmmen till hög kollektorström.

Men så snart en annan BJT som är en BC547 här är ansluten till 2N3055 i ett Darlington-par hoppar den enhetliga strömförstärkningen upp till ett mycket högt värde och låter lampan lysa med full ljusstyrka.

Den genomsnittliga strömförstärkningen (hFE) på 2N3055 är cirka 40, medan det för BC547 är 400. När de två kombineras som ett Darlington-par skjuter förstärkningen upp till 40 x 400 = 16000, det är inte riktigt fantastiskt. Det är den typen av kraft som vi kan få från en Darlington-transistorkonfiguration, och en vanlig snygg transistor kan förvandlas till en enormt klassad enhet bara med en enkel modifiering.