Расчеты транзисторов Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона - это хорошо известное и популярное соединение, использующее пару биполярных транзисторных переходных транзисторов (BJT), разработанных для работы как унифицированный 'превосходно' транзистор. На следующей схеме показаны подробности подключения.

Определение

Транзистор Дарлингтона можно определить как соединение между двумя BJT, которое позволяет им формировать один составной BJT, приобретая значительный коэффициент усиления по току, который обычно может превышать тысячу.

Основное преимущество этой конфигурации состоит в том, что составной транзистор ведет себя как единое устройство с улучшенным текущий прирост эквивалентно произведению коэффициентов усиления по току каждого транзистора.

Если соединение Дарлингтона состоит из двух отдельных BJT с коэффициентом усиления по току β₁и β_двакомбинированный коэффициент усиления по току можно рассчитать по формуле:

б_D= β₁б_два-------- (12,7)

Когда согласованные транзисторы используются в соединении Дарлингтона, так что β₁= β_два= β, приведенная выше формула для текущего усиления упрощается как:

б_D= β^два-------- (12,8)

Упакованный транзистор Дарлингтона

Из-за своей огромной популярности транзисторы Дарлингтона также производятся и доступны в готовом виде в одном корпусе, который имеет два BJT, соединенных внутри как одно устройство.

В следующей таблице приводится таблица с примером пары Дарлингтона в одном пакете.

Указанный текущий выигрыш - это чистый выигрыш от двух BJT. Блок поставляется с 3-мя стандартными внешними выводами, а именно базой, эмиттером, коллектором.

Этот тип упакованных транзисторов Дарлингтона имеет внешние характеристики, аналогичные обычным транзисторам, но имеет очень высокий и улучшенный выходной ток по сравнению с обычными одиночными транзисторами.

Как смещать постоянным током схему транзистора Дарлингтона

На следующем рисунке показана общая схема Дарлингтона с использованием транзисторов с очень высоким коэффициентом усиления по току β._D.

Здесь базовый ток можно рассчитать по формуле:

я_B= V_{ОКРУГ КОЛУМБИЯ}- V_БЫТЬ/ Р_B+ β_Dр_{ЯВЛЯЕТСЯ}-------------- (12.9)

Хотя это может выглядеть как уравнение, которое обычно применяется для любого обычного BJT , значение β_Dв приведенном выше уравнении будет существенно выше, а V_БЫТЬбудет сравнительно больше. Это также было доказано в типовой таблице данных, представленной в предыдущем абзаце.

Следовательно, ток эмиттера можно рассчитать как:

я_{ЯВЛЯЕТСЯ}= (β_D+ 1) Я_B≈ β_Dя_B-------------- (12.10)

Напряжение постоянного тока составит:

V_{ЯВЛЯЕТСЯ}= Я_{ЯВЛЯЕТСЯ}р_{ЯВЛЯЕТСЯ}-------------- (12.11)

V_B= V_{ЯВЛЯЕТСЯ}+ V_БЫТЬ-------------- (12.12)

Решенный пример 1

По данным, приведенным на следующем рисунке, рассчитайте токи смещения и напряжения цепи Дарлингтона.

Решение : Применяя уравнение 12.9, базовый ток определяется как:

я_B= 18 В - 1,6 В / 3,3 МОм + 8000 (390 Ом) ≈ 2,56 мкА

Применяя уравнение 12.10, ток эмиттера можно оценить как:

я_{ЯВЛЯЕТСЯ}≈ 8000 (2,56 мкА) ≈ 20,28 мА ≈ I_C

Напряжение постоянного тока эмиттера можно рассчитать с помощью уравнения 12.11, как:

V_{ЯВЛЯЕТСЯ}= 20,48 мА (390 Ом) ≈ 8 В,

Наконец, напряжение коллектора можно оценить, применив уравнение. 12.12, как указано ниже:

V_B= 8 V + 1.6 V = 9.6 V

В этом примере напряжение питания на коллекторе Дарлингтона будет:
V_C= 18 V

Схема Дарлингтона, эквивалентная переменному току

На рисунке ниже мы видим БЮТ эмиттер-повторитель цепь подключена в режиме Дарлингтона. Базовый вывод пары подключен к входному сигналу переменного тока через конденсатор C1.

Выходной сигнал переменного тока, полученный через конденсатор C2, связан с выводом эмиттера устройства.

Результат моделирования вышеуказанной конфигурации представлен на следующем рисунке. Здесь транзистор Дарлингтона можно увидеть замененным эквивалентной схемой переменного тока, имеющей входное сопротивление р _я и выходной источник тока, представленный как б _D я _б

Входной импеданс переменного тока можно рассчитать следующим образом:

Базовый ток переменного тока, проходящий через р _я является:

я_б= V_я- V_{или же}/ р_я---------- (12.13)

С
V_{или же}= (I_б+ β_Dя_б)Р_{ЯВЛЯЕТСЯ}---------- (12.14)

Если мы применим уравнение 12.13 в уравнении 12.14 получаем:

я_бр_я= V_я- V_{или же}= V_я- я_б(1 + β_D)Р_{ЯВЛЯЕТСЯ}

Решение вышеуказанного для V _я:

V_я= Я_б[р_я+ (1 + β_D)Р_{ЯВЛЯЕТСЯ}]

V_я/ I_б= г_я+ β_Dр_{ЯВЛЯЕТСЯ}

Теперь, исследуя базу транзистора, его входное сопротивление по переменному току можно оценить как:

С_я= R_B॥ р_я+ β_Dр_{ЯВЛЯЕТСЯ}---------- (12.15)

Решенный пример 2

Теперь давайте рассмотрим практический пример вышеупомянутой конструкции эмиттерного повторителя, эквивалентного переменному току:

Определите входное сопротивление цепи, заданное r _я = 5 кОм

Применяя уравнение 12.15, мы решаем уравнение, как показано ниже:

С_я= 3,3 МОм॥ [5 кОм + (8000) 390 Ом)] = 1,6 МОм

Практичный дизайн

Вот практичный дизайн Дарлингтона, подключив 2Н3055 силовой транзистор с малосигнальным транзистором BC547.

На стороне входа сигнала используется резистор 100 кОм, чтобы снизить ток до нескольких миллиампер.

Обычно при таком низком токе на базе только 2N3055 никогда не сможет осветить сильноточную нагрузку, такую ​​как лампочка 12 В на 2 А. Это связано с тем, что коэффициент усиления по току 2N3055 очень низкий, чтобы преобразовать низкий базовый ток в высокий ток коллектора.

Однако как только другой BJT, в данном случае BC547, подключается к 2N3055 в паре Дарлингтона, объединенное усиление по току подскакивает до очень высокого значения и позволяет лампе светиться с полной яркостью.

Среднее усиление по току (hFE) для 2N3055 составляет около 40, а для BC547 - 400. Когда они объединяются в пару Дарлингтона, усиление существенно возрастает до 40 x 400 = 16000, не правда ли, круто. Такую мощность мы можем получить от конфигурации транзистора Дарлингтона, а обычный на вид транзистор можно было бы превратить в устройство с очень высокими характеристиками всего лишь с помощью простой модификации.