Izračuni tranzistorja Darlingtona

Darlingtonov tranzistor je dobro znana in priljubljena povezava, ki uporablja par bipolarnih tranzistorskih tranzistorjev (BJT), zasnovan za delovanje kot enoten 'odlično' tranzistor. Naslednji diagram prikazuje podrobnosti povezave.

Definicija

Darlingtonov tranzistor lahko definiramo kot povezavo med dvema BJT-jema, ki jim omogoča, da tvorijo en sestavljeni BJT in pridobijo znatno količino trenutnega dobička, ki lahko običajno presega tisoč.

Glavna prednost te konfiguracije je, da se kompozitni tranzistor obnaša kot ena sama naprava z izboljšanim trenutni dobiček enakovredno zmnožku trenutnih dobičkov vsakega tranzistorja.

Če je povezava Darlingtona sestavljena iz dveh posameznih BJT s trenutnimi dobički β_1.in β_dvakombinirani tokovni dobiček lahko izračunamo po formuli:

b_D= β_1.b_dva-------- (12,7)

Ko se ujemajoči tranzistorji uporabljajo v Darlingtonovi povezavi, tako da je β_1.= β_dva= β, zgornja formula za trenutni dobiček se poenostavi kot:

b_D= β^dva-------- (12,8)

Pakirani tranzistor Darlington

Zaradi izjemne priljubljenosti so tudi tranzistorji Darlington izdelani in na voljo pripravljeni v enem paketu, ki ima dva BJT-ja, ki sta ožičena kot ena enota.

Naslednja tabela vsebuje podatkovni list primera Darlingtonovega para v enem paketu.

Navedeni trenutni dobiček je neto dobiček dveh BJT-jev. Enota ima zunaj 3 standardne terminale, in sicer podnožje, oddajnik, kolektor.

Tovrstno pakirani Darlingtonovi tranzistorji imajo zunanje lastnosti, podobne običajnim tranzistorjem, vendar imajo v primerjavi z običajnimi enojnimi tranzistorji zelo visok in povečan izhodni tok.

Kako usmeriti DC pristranskosti na tranzistorski krog Darlingtona

Naslednja slika prikazuje običajno Darlingtonovo vezje, ki uporablja tranzistorje z zelo velikim tokovnim ojačanjem β_D.

Tu lahko osnovni tok izračunamo po formuli:

jaz_B= V_DC- V_BODI/ R_B+ β_DR_JE-------------- (12.9)

Čeprav je to morda videti podobno kot enačba, ki se običajno uporablja za kateri koli običajni BJT , vrednost β_Dv zgornji enačbi bo bistveno višja, V_BODIbo sorazmerno večja. To je bilo dokazano tudi v vzorčnem obrazcu, predstavljenem v prejšnjem odstavku.

Zato lahko oddajniški tok izračunamo kot:

jaz_JE= (β_D+ 1) I_B≈ β_Djaz_B-------------- (12.10)

Enosmerna napetost bo:

V_JE= Jaz_JER_JE-------------- (12.11)

V_B= V_JE+ V_BODI-------------- (12.12)

Rešeni primer 1

Iz podatkov, podanih na naslednji sliki, izračunajte prednapetostne tokove in napetosti Darlingtonovega vezja.

Rešitev : Z uporabo enačbe 12.9 se osnovni tok določi kot:

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

Z uporabo enačbe 12.10 lahko oddajniški tok ocenimo kot:

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

DC napetost oddajnika lahko izračunamo z enačbo 12.11 kot:

V_JE= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Končno lahko napetost kolektorja ocenimo z uporabo enačbe 12.12, kot je navedeno spodaj:

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

V tem primeru bo napajalna napetost na kolektorju Darlingtona:
V_C= 18 V

AC enakovredna Darlingtonova vezja

Na spodnji sliki lahko vidimo a BJT oddajnik-privrženec vezje povezano v načinu Darlington. Osnovni terminal para je prek kondenzatorja C1 povezan z vhodnim signalom izmeničnega toka.

Izhodni izmenični signal, pridobljen preko kondenzatorja C2, je povezan s terminalom oddajnika naprave.

Rezultat simulacije zgornje konfiguracije je predstavljen na naslednji sliki. Tu lahko vidimo, da je Darlingtonov tranzistor nadomeščen z enakovrednim izmeničnim tokom, ki ima vhodni upor r _jaz in izhodni vir toka, predstavljen kot b _D jaz _b

Vhodno impedanco izmeničnega toka je mogoče izračunati, kot je razloženo spodaj:

AC osnovni tok skozi r _jaz je:

jaz_b= V_jaz- V_ali/ r_jaz---------- (12.13)

Od
V_ali= (I_b+ β_Djaz_b) R_JE---------- (12.14)

Če uporabimo enačbo 12.13 v enačbi 12.14 dobimo:

jaz_br_jaz= V_jaz- V_ali= V_jaz- JAZ_b(1 + β_D) R_JE

Reševanje zgornjega za V _jaz:

V_jaz= Jaz_b[r_jaz+ (1 + β_D) R_JE]

V_jaz/ JAZ_b= r_jaz+ β_DR_JE

Zdaj pri pregledu osnove tranzistorja lahko njegovo vhodno impedanco izmenično ocenimo kot:

Z_jaz= R_B॥ r_jaz+ β_DR_JE---------- (12.15)

Rešeni primer 2

Zdaj pa rešimo praktični primer za zgornjo zasnovo sledilnika enakovrednega izmeničnega toka:

Določite vhodno impedanco vezja, podano r _jaz = 5 kΩ

Z uporabo enačbe 12.15 rešimo enačbo, kot je podana spodaj:

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

Praktično oblikovanje

Tukaj je praktična zasnova Darlingtona s povezavo a 2N3055 močnostni tranzistor z majhnim signalnim tranzistorjem BC547.

Na vhodni strani signala se uporablja upor 100K za zmanjšanje toka na nekaj millampov.

Običajno s tako nizkim tokom na dnu samo 2N3055 nikoli ne more osvetliti močne obremenitve, kot je 12V 2 amp žarnica. To je zato, ker je trenutni dobiček 2N3055 zelo nizek za predelavo nizkega osnovnega toka v visok kolektorski tok.

Kakor hitro pa je še en BJT, ki je tukaj BC547, povezan z 2N3055 v paru Darlington, enotni ojačevalnik toka skoči v zelo visoko vrednost in omogoča, da svetilka sveti s polno svetlostjo.

Povprečni trenutni dobiček (hFE) 2N3055 je približno 40, medtem ko je za BC547 400. Ko sta oba združena kot darlingtonski par, dobiček močno naraste na 40 x 400 = 16000, res ne. To je vrsta moči, ki jo lahko dobimo iz konfiguracije tranzistorja v Darlingtonu, navaden tranzistor pa bi lahko s preprosto spremembo spremenili v izjemno ocenjeno napravo.