Izračun tranzistora iz Darlingtona

Darlingtonov tranzistor dobro je poznata i popularna veza koja koristi par bipolarnih tranzistorskih spojnih tranzistora (BJT), dizajniranih za rad poput objedinjene 'izvrsno' tranzistor. Sljedeći dijagram prikazuje detalje veze.

Definicija

Darlingtonov tranzistor može se definirati kao veza između dva BJT-a koja im omogućuje da formiraju jedan kompozitni BJT stječući značajnu količinu trenutnog pojačanja, koje se obično može kretati preko tisuću.

Glavna prednost ove konfiguracije je u tome što se kompozitni tranzistor ponaša kao jedan uređaj koji ima poboljšani trenutni dobitak ekvivalent umnošku trenutnih dobitaka svakog tranzistora.

Ako se Darlingtonova veza sastoji od dva pojedinačna BJT-a s trenutnim dobicima β₁i β_dvakombinirano pojačanje struje može se izračunati pomoću formule:

b_D= β₁b_dva-------- (12,7)

Kada se podudarni tranzistori koriste u Darlingtonovoj vezi tako da β₁= β_dva= β, gornja formula za trenutni dobitak pojednostavljuje se kao:

b_D= β^dva-------- (12,8)

Pakirani tranzistor Darlington

Zbog svoje ogromne popularnosti, Darlingtonovi tranzistori se također proizvode i dostupni su u gotovom obliku u jednom paketu koji ima dva BJT-a koji su međusobno povezani kao jedna cjelina.

Sljedeća tablica daje tablicu primjera Darlingtonovog para u jednom paketu.

Navedeni trenutni dobitak je neto dobitak od dva BJT-a. Uređaj ima 3 standardna terminala s vanjske strane, i to bazu, emiter, kolektor.

Ova vrsta pakiranih Darlingtonovih tranzistora ima vanjske značajke slične normalnom tranzistoru, ali ima vrlo visoku i pojačanu izlaznu struju, u usporedbi s normalnim pojedinačnim tranzistorima.

Kako izjednačiti DC sklop tranzistorskog kruga u Darlingtonu

Sljedeća slika prikazuje uobičajeni Darlingtonov krug koji koristi tranzistore s vrlo velikim pojačavanjem struje β_D.

Ovdje se osnovna struja može izračunati pomoću formule:

Ja_B= V_DC- V_BITI/ R_B+ β_DR_JE-------------- (12.9)

Iako ovo može izgledati slično kao jednadžba koja se obično primjenjuje za bilo koji redoviti BJT , vrijednost β_Du gornjoj jednadžbi bit će znatno veći, a V_BITIbit će razmjerno veći. To je također dokazano u uzorku podataka predstavljenog u prethodnom odlomku.

Stoga se struja emitora može izračunati kao:

Ja_JE= (β_D+ 1) I_B≈ β_DJa_B-------------- (12.10)

Istosmjerni napon bit će:

V_JE= Ja_JER_JE-------------- (12.11.)

V_B= V_JE+ V_BITI-------------- (12.12.)

Riješeni primjer 1

Iz podataka danih na slijedećoj slici izračunajte struje prednapona i napone Darlingtonovog kruga.

Riješenje : Primjenom jednadžbe 12.9 osnovna struja određuje se kao:

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

Primjenjujući jednadžbu 12.10, struja emitora može se procijeniti kao:

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

Istosmjerni napon emitera može se izračunati pomoću jednadžbe 12.11, kao:

V_JE= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Napokon se napon kolektora može procijeniti primjenom jednadžbe 12.12 kako je navedeno u nastavku:

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

U ovom primjeru opskrbni napon na kolektoru Darlingtona bit će:
V_C= 18 V

AC ekvivalentan Darlingtonov krug

Na donjoj slici možemo vidjeti a BJT emiter-sljedbenik sklop spojen u načinu Darlington. Osnovni priključak para povezan je na izmjenični ulazni signal preko kondenzatora C1.

Izlazni izmjenični signal dobiven preko kondenzatora C2 povezan je s emiterskim priključkom uređaja.

Rezultat simulacije gornje konfiguracije predstavljen je na sljedećoj slici. Ovdje se može vidjeti Darlingtonov tranzistor zamijenjen izmjeničnim krugom koji ima ulazni otpor r _ja i izlazni izvor struje predstavljen kao b _D Ja _b

Ulazna impedancija izmjeničnog napona može se izračunati kako je objašnjeno u nastavku:

Prolazna izmjenična struja baze r _ja je:

Ja_b= V_ja- V_ili/ r_ja---------- (12.13)

Od
V_ili= (I_b+ β_DJa_b) R_JE---------- (12.14)

Ako primijenimo jednadžbu 12.13 u jednadžbi 12.14 dobivamo:

Ja_br_ja= V_ja- V_ili= V_ja- Ja_b(1 + β_D) R_JE

Rješavanje gore navedenog za V _ja:

V_ja= Ja_b[r_ja+ (1 + β_D) R_JE]

V_ja/ I_b= r_ja+ β_DR_JE

Sada, ispitujući bazu tranzistora, njegova ulazna impedancija izmjeničnog napona može se procijeniti kao:

S_ja= R_B॥ r_ja+ β_DR_JE---------- (12.15)

Riješeni primjer 2

Sada ćemo riješiti praktični primjer za gornji dizajn sljedbenika ekvivalentnog izmjeničnog zračenja:

Odredite ulaznu impedansu kruga, dano r _ja = 5 kΩ

Primjenom jednadžbe 12.15 rješavamo jednadžbu kako je dano u nastavku:

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

Praktični dizajn

Evo praktičnog Darlingtonovog dizajna spajanjem a 2N3055 tranzistor snage s malim signalnim tranzistorom BC547.

Otpor 100K koristi se na ulaznoj strani signala za smanjenje struje na nekoliko millamps.

Uobičajeno s tako malom strujom u bazi, sam 2N3055 nikada ne može osvijetliti veliko strujno opterećenje kao što je žarulja od 12V od 2 amp. To je zato što je trenutni dobitak od 2N3055 vrlo nizak za obradu niske osnovne struje u visoku kolektorsku struju.

Međutim, čim se još jedan BJT, koji je ovdje BC547, spoji s 2N3055 u paru Darlington, objedinjeno strujno pojačanje skoči u vrlo visoku vrijednost i omogućuje žarulju da svijetli punom svjetlinom.

Prosječni trenutni dobitak (hFE) od 2N3055 je oko 40, dok je za BC547 400. Kad se to dvoje kombinira kao darlingtonski par, dobitak značajno naraste na 40 x 400 = 16000, zar ne. To je vrsta snage koju možemo dobiti iz konfiguracije tranzistora iz Darlingtona, a tranzistor običnog izgleda mogao bi se pretvoriti u izuzetno ocijenjen uređaj samo jednostavnom modifikacijom.