Транзисторни изчисления на Дарлингтън

Транзисторът на Дарлингтън е добре позната и популярна връзка, използваща двойка биполярни транзисторни транзистори (BJT), проектирани да работят като унифициран 'превъзходно' транзистор. Следващата диаграма показва подробности за връзката.

Определение

Транзисторът на Дарлингтън може да бъде дефиниран като връзка между два BJT, което им позволява да образуват един композитен BJT, придобивайки значително количество текущо усилване, което обикновено може да варира над хиляда.

Основното предимство на тази конфигурация е, че композитният транзистор се държи като едно устройство с подобрен текуща печалба еквивалентно на произведението на текущите печалби на всеки транзистор.

Ако връзката на Дарлингтън се състои от два отделни BJT с текущи печалби β₁и β_двекомбинираното усилване на тока може да бъде изчислено по формулата:

б_д= β₁б_две-------- (12.7)

Когато се използват съвпадащи транзистори в връзка на Дарлингтън, така че β₁= β_две= β, горната формула за текущата печалба се опростява като:

б_д= β^две-------- (12.8)

Опакован транзистор Дарлингтън

Поради огромната си популярност, транзисторите на Дарлингтън също се произвеждат и предлагат готови в един пакет, които имат два BJT, свързани вътрешно като едно цяло.

Следващата таблица предоставя листа с данни на примерна двойка Дарлингтън в рамките на един пакет.

Посочената текуща печалба е нетната печалба от двете BJT. Устройството се предлага с 3 стандартни терминала отвън, а именно база, излъчвател, колектор.

Този тип пакетирани транзистори на Дарлингтън имат външни характеристики, подобни на нормалните транзистори, но имат много висока и подобрена мощност на усилване на тока, в сравнение с нормалните единични транзистори.

Как да пристрастия DC в транзисторна схема на Дарлингтън

Следващата фигура показва обща схема на Дарлингтън, използваща транзистори с много голям ток β_д.

Тук основният ток може да бъде изчислен по формулата:

Аз_Б.= V_DC- V_БЪДА/ R_Б.+ β_дR_Е-------------- (12.9)

Въпреки че това може да изглежда подобно на уравнение, което обикновено се прилага за всеки редовен BJT , стойността β_дв горното уравнение ще бъде значително по-висока, а V_БЪДАще бъде сравнително по-голям. Това е доказано и в примерния лист с данни, представен в предишния параграф.

Следователно емитерният ток може да се изчисли като:

Аз_Е= (β_д+ 1) I_Б.≈ β_дАз_Б.-------------- (12.10)

DC напрежение ще бъде:

V_Е= Аз_ЕR_Е-------------- (12.11)

V_Б.= V_Е+ V_БЪДА-------------- (12.12)

Решен пример 1

От данните, дадени на следващата фигура, изчислете токовете на отклонение и напреженията на веригата Дарлингтън.

Решение : Прилагайки уравнение 12.9, базовият ток се определя като:

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

Прилагайки уравнение 12.10, емитерният ток може да бъде оценен като:

Аз_Е≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_{° С}

DC напрежението на излъчвателя може да се изчисли, като се използва уравнение 12.11, като:

V_Е= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Накрая напрежението на колектора може да бъде оценено чрез прилагане на уравнение 12.12, както е дадено по-долу:

V_Б.= 8 V + 1,6 V = 9,6 V

В този пример захранващото напрежение на колектора на Дарлингтън ще бъде:
V_{° С}= 18 V

AC еквивалентна схема на Дарлингтън

На показаната по-долу фигура можем да видим a BJT излъчвател-последовател верига, свързана в режим Дарлингтън. Базовият терминал на двойката е свързан към променлив входен сигнал през кондензатор C1.

Изходният променлив сигнал, получен през кондензатор С2, е свързан с изхода на излъчвателя на устройството.

Резултатът от симулацията на горната конфигурация е представен на следващата фигура. Тук може да се види, че транзисторът на Дарлингтън е заменен с еквивалентна верига с променлив ток, имаща входно съпротивление r _i и изходен източник на ток, представен като б _д Аз _б

Входният импеданс на променлив ток може да бъде изчислен, както е обяснено по-долу:

Променлив базов ток, преминаващ през r _i е:

Аз_б= V_i- V_или/ r_i---------- (12.13)

От
V_или= (I_б+ β_дАз_б) R_Е---------- (12.14)

Ако приложим уравнение 12.13 в уравнение. 12.14 получаваме:

Аз_бr_i= V_i- V_или= V_i- Аз_б(1 + β_д) R_Е

Решаване на горното за V _i:

V_i= Аз_б[r_i+ (1 + β_д) R_Е]

V_i/ I_б= r_i+ β_дR_Е

Сега, изследвайки основата на транзистора, входният импеданс на променлив ток може да се оцени като:

С_i= R_Б.॥ r_i+ β_дR_Е---------- (12.15)

Решен пример 2

Сега нека решим практически пример за горния дизайн на последовател на еквивалент на емитер на променлив ток:

Определете входния импеданс на веригата, даден r _i = 5 kΩ

Прилагайки уравнение 12.15, решаваме уравнението, както е дадено по-долу:

С_i= 3.3 MΩ॥ [5 kΩ + (8000) 390 Ω)] = 1,6 MΩ

Практически дизайн

Ето един практичен дизайн на Дарлингтън чрез свързване на 2N3055 силов транзистор с малък сигнален транзистор BC547.

100K резистор се използва от страната на входния сигнал, за да намали тока до няколко millamps.

Обикновено с такъв нисък ток в основата, 2N3055 сам по себе си никога не може да осветява силен токов товар като 12V 2 ампер крушка. Това е така, защото текущото усилване на 2N3055 е много ниско за преработка на ниския базов ток във висок ток на колектора.

Въпреки това, щом друг BJT, който е BC547 тук, е свързан с 2N3055 в двойка Дарлингтън, обединеното усилване на тока скача до много висока стойност и позволява лампата да свети с пълна яркост.

Средната текуща печалба (hFE) на 2N3055 е около 40, докато за BC547 е 400. Когато двете се комбинират като двойка Дарлингтън, печалбата се издига значително до 40 х 400 = 16000, страхотно нали. Това е мощта, която можем да получим от транзисторната конфигурация на Дарлингтън, а обикновеният изглеждащ транзистор може да бъде превърнат в изключително оценено устройство само с проста модификация.