Прорачун транзистора Дарлингтона

Дарлингтонов транзистор је добро позната и популарна веза која користи пар биполарних транзисторских спојних транзистора (БЈТ), дизајнираних да раде као обједињени 'диван' транзистор. Следећи дијаграм приказује детаље везе.

Дефиниција

Дарлингтонов транзистор се може дефинисати као веза између два БЈТ-а која им омогућава да формирају један композитни БЈТ стичући значајну количину тренутног појачања, које се обично може кретати преко хиљаду.

Главна предност ове конфигурације је у томе што се композитни транзистор понаша као један уређај који има побољшани тренутни добитак еквивалентан умножку тренутних добитака сваког транзистора.

Ако се Дарлингтонова веза састоји од два појединачна БЈТ-а са тренутним добицима β₁и β_двакомбиновано појачање струје може се израчунати помоћу формуле:

б_Д.= β₁б_два-------- (12,7)

Када се подударни транзистори користе у Дарлингтоновој вези тако да је β₁= β_два= β, горња формула за тренутни добитак се поједностављује као:

б_Д.= β^два-------- (12,8)

Упаковани транзистор Дарлингтон

Због своје огромне популарности, Дарлингтонови транзистори се такође производе и доступни су у готовом облику у једном пакету који има два БЈТ-а који су интерно повезани као једна целина.

Следећа табела даје таблицу примера Дарлингтоновог пара у једном пакету.

Наведени тренутни добитак је нето добитак од два БЈТ-а. Уређај има 3 стандардна терминала споља, наиме базу, емитер, колектор.

Ова врста упакованих Дарлингтонових транзистора има спољне карактеристике сличне нормалном транзистору, али има врло високу и појачану излазну струју, у поређењу са нормалним појединачним транзисторима.

Како претворити ДЦ у транзисторски круг Дарлингтона

Следећа слика приказује уобичајени Дарлингтонов круг који користи транзисторе са врло великим појачавањем струје β_Д..

Овде се основна струја може израчунати помоћу формуле:

Ја_Б.= В_ДЦ- В._БЕ/ Р._Б.+ β_Д.Р._ИС-------------- (12.9)

Иако ово може изгледати слично као једначина која се обично примењује за било који регуларни БЈТ , вредност β_Д.у горњој једначини биће знатно већи, а В_БЕбиће релативно веће. То је такође доказано у огледном листу података представљеном у претходном пасусу.

Стога се струја емитора може израчунати као:

Ја_ИС= (β_Д.+ 1) И._Б.≈ β_Д.Ја_Б.-------------- (12.10)

Једносмерни напон ће бити:

В._ИС= И_ИСР._ИС-------------- (12.11)

В._Б.= В_ИС+ В_БЕ-------------- (12.12)

Решени пример 1

Из података датих на следећој слици израчунајте струје преднапона и напоне Дарлингтоновог кола.

Решење : Применом једначине 12.9 основна струја одређује се као:

Ја_Б.= 18 В - 1,6 В / 3,3 МΩ + 8000 (390Ω) ≈ 2,56 μА

Примјењујући једначину 12.10, струја емитора може се процијенити као:

Ја_ИС≈ 8000 (2,56 μА) ≈ 20,28 мА ≈ И_Ц.

Једносмерни напон емитера може се израчунати помоћу једначине 12.11, као:

В._ИС= 20,48 мА (390Ω) ≈ 8 В,

Коначно, напон колектора може се проценити применом једначине 12.12 како је дато у наставку:

В._Б.= 8 В + 1,6 В = 9,6 В

У овом примеру напон напајања на колектору Дарлингтона биће:
В._Ц.= 18 В.

АЦ еквивалентан Дарлингтонов круг

На доњој слици можемо видети а БЈТ емитер-следбеник коло повезано у режиму Дарлингтон. Основни прикључак пара повезан је на наизменични улазни сигнал преко кондензатора Ц1.

Излазни наизменични сигнал добијен преко кондензатора Ц2 повезан је с емитерским прикључком уређаја.

Резултат симулације горње конфигурације представљен је на следећој слици. Овде се види Дарлингтонов транзистор замењен струјним кругом наизменичне струје који има улазни отпор р _и и излазни извор струје представљен као б _Д. Ја _б

Улазна импеданса наизменичне струје може се израчунати како је објашњено у наставку:

Струја основне струје која пролази р _и је:

Ја_б= В_и- В._или/ р_и---------- (12,13)

Од
В._или= (И_б+ β_Д.Ја_б) Р._ИС---------- (12.14)

Ако применимо једначину 12.13 у једначини. 12.14 добијамо:

Ја_бр_и= В_и- В._или= В_и- Ја_б(1 + β_Д.) Р._ИС

Решавајући наведено за В. _и:

В._и= И_б[р_и+ (1 + β_Д.) Р._ИС]

В._и/ И_б= р_и+ β_Д.Р._ИС

Сада, испитујући базу транзистора, његова улазна импеданса наизменичног напона може се проценити као:

СА_и= Р._Б.॥ р_и+ β_Д.Р._ИС---------- (12.15)

Решени пример 2

Хајде сада да решимо практични пример за горе наведени дизајн следбеника еквивалентног наизменичног напона:

Одредити улазну импедансу кола, датог р _и = 5 кΩ

Примењујући једнаџбу 12.15 решавамо једначину као што је дато у наставку:

СА_и= 3,3 МΩ॥ [5 кΩ + (8000) 390 Ω)] = 1,6 МΩ

Практични дизајн

Ево практичног Дарлингтоновог дизајна повезивањем а 2Н3055 транзистор снаге са малим сигналним транзистором БЦ547.

Отпорник од 100К користи се на улазној страни сигнала за смањење струје на неколико миллампс.

Уобичајено са тако малом струјом у основи, сам 2Н3055 никада не може осветлити велико струјно оптерећење као што је сијалица од 12В од 2 амп. То је зато што је тренутни добитак од 2Н3055 врло низак за прераду ниске основне струје у велику колекторску.

Међутим, чим се још један БЈТ, који је овде БЦ547, повеже са 2Н3055 у пару Дарлингтон, обједињено струјно појачање скочи у врло високу вредност и омогућава лампи да светли пуном осветљеношћу.

Просечни тренутни добитак (хФЕ) од 2Н3055 је око 40, док је за БЦ547 400. Када се та два комбинују као дарлингтонски пар, добитак значајно нарасте на 40 к 400 = 16000, зар не. То је врста снаге коју можемо добити из Дарлингтонове конфигурације транзистора, а транзистор обичног изгледа могао би да се претвори у изузетно оцењен уређај само уз једноставну модификацију.