คู่ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันถูกประดิษฐ์ขึ้นในปีพ. ศ. 2496 โดยวิศวกรไฟฟ้าและนักประดิษฐ์ชาวอเมริกันชื่อซิดนีย์ดาร์ลิงตัน

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันใช้ทรานซิสเตอร์มาตรฐานBJT (ทรานซิสเตอร์แยกขั้ว) สองตัวซึ่งเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันเชื่อมต่อในการกำหนดค่าโดยที่ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งให้กระแสที่มีอคติไปยังฐานของทรานซิสเตอร์ตัวอื่น

คู่ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันและการกำหนดค่า:

หากเราเห็นสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันเราจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าทรานซิสเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกันอย่างไร ในภาพด้านล่างจะแสดงทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันสองประเภท ที่ด้านซ้ายมันเป็นNPN ดาร์ลิงตันและในด้านอื่น ๆ มันเป็นPNP ดาร์ลิงตันเราจะเห็นว่า NPN Darlington ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวและ PNP Darlington ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ PNP สองตัว ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ตัวแรกเชื่อมต่อโดยตรงกับฐานของทรานซิสเตอร์ตัวอื่นและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ทั้งสองก็เชื่อมต่อกัน การกำหนดค่านี้ใช้สำหรับทรานซิสเตอร์ทั้ง NPN และ PNP Darlington ในการกำหนดค่านี้คู่หรือทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันให้อัตราขยายที่สูงขึ้นมากและความสามารถในการขยายสัญญาณขนาดใหญ่

BJT ทรานซิสเตอร์ปกติ (NPN หรือ PNP) สามารถทำงานระหว่างสองรัฐ, ONและOFFเราจำเป็นต้องให้ปัจจุบันไปยังฐานที่ควบคุมการเก็บในปัจจุบันเมื่อเราจัดหากระแสไฟฟ้าเพียงพอไปยังฐาน BJT จะเข้าสู่โหมดอิ่มตัวและกระแสจะไหลจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย เก็บในปัจจุบันนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับฐานปัจจุบันอัตราส่วนของฐานในปัจจุบันและสะสมในปัจจุบันเรียกว่าทรานซิสเตอร์กำไรในปัจจุบันซึ่งจะแสดงเป็นเบต้า ( β)ในทรานซิสเตอร์ BJT ทั่วไปอัตราขยายปัจจุบันจะถูก จำกัด ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของทรานซิสเตอร์ แต่ในบางกรณีแอปพลิเคชันต้องการอัตราขยายที่มากกว่าซึ่งทรานซิสเตอร์ BJT ตัวเดียวไม่สามารถให้ได้ดาร์ลิงตันคู่ที่สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานที่ กำไรสูงในปัจจุบันเป็นสิ่งจำเป็น

การกำหนดค่าข้าม:

อย่างไรก็ตามการกำหนดค่าที่แสดงในภาพด้านบนใช้ PNP สองตัวหรือ NPN สองตัวนอกจากนี้ยังมีการกำหนดค่า Darlington อื่น ๆ หรือการกำหนดค่าแบบไขว้ที่สามารถใช้ PNP กับ NPN หรือใช้ NPN กับ PNP ประเภทนี้กำหนดค่าการเรียกว่าเป็น Sziklai ดาร์ลิงตันกำหนดค่าคู่หรือPush-Pullการกำหนดค่า

ในภาพด้านบนจะแสดงคู่Sziklai Darlington การกำหนดค่านี้ผลิตความร้อนน้อยลงและมีข้อดีเกี่ยวกับเวลาการตอบสนองเราจะพูดถึงเรื่องนี้ในภายหลัง ใช้สำหรับแอมพลิฟายเออร์คลาส ABหรือเมื่อต้องการโทโพโลยี Push-Pull

นี่คือโครงการบางส่วนที่เราใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน:

• การสร้างโทนเสียงโดยการแตะนิ้วโดยใช้ Arduino
• วงจรตรวจจับโกหกอย่างง่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์
• วงจรส่งสัญญาณ IR ระยะไกล
• Line Follower Robot โดยใช้ Arduino

การคำนวณกำไรปัจจุบันของคู่ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน:

ในภาพด้านล่างเราจะเห็น PNP สองตัวหรือทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวเชื่อมต่อกัน

กำไรโดยรวมในปัจจุบันของคู่ดาร์ลิงตันจะเป็น -

กำไรปัจจุบัน (hFE) = การได้รับทรานซิสเตอร์ตัวแรก (hFE ₁) * การได้รับทรานซิสเตอร์ที่สอง (hFE ₂)

ในภาพด้านบนทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวสร้างการกำหนดค่า NPN Darlington ทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวT1และT2เชื่อมต่อกันตามลำดับโดยที่ตัวสะสมของT1และT2เชื่อมต่อกัน ครั้งแรกทรานซิสเตอร์T1ให้ฐานที่จำเป็นต้องใช้ในปัจจุบัน(IB2)กับทรานซิสเตอร์สองT2ฐาน ‘s ดังนั้นIB1ปัจจุบันฐานซึ่งควบคุมT1กำลังควบคุมการไหลของกระแสที่ฐานT2

ดังนั้นกำไรทั้งหมดในปัจจุบัน (β)จะบรรลุเมื่อกระแสของตัวเก็บรวบรวมคือ

β * IB เป็น hFE = fFE ₁ * hFE ₂

เนื่องจากมีการเชื่อมต่อตัวสะสมทรานซิสเตอร์สองตัวเข้าด้วยกัน Total Collector current (IC) = IC1 + IC2

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นเราได้รับกระแส Collector β * IB ₁

ในสถานการณ์เช่นนี้จะได้กำไรในปัจจุบันคือความสามัคคีหรือมากกว่าหนึ่ง

มาดูกันว่าเกนปัจจุบันคือการคูณของเกนกระแสของทรานซิสเตอร์สองตัวอย่างไร

IB2ถูกควบคุมโดยปัจจุบันอีซีแอลของT1ซึ่งเป็นIE1IE1เชื่อมต่อโดยตรงทั่วT2ดังนั้นIB2และIE1จึงเหมือนกัน

IB2 = IE1

เราสามารถเปลี่ยนความสัมพันธ์นี้เพิ่มเติมได้ด้วย

IC ₁ + IB ₁

การเปลี่ยน IC1 ตามที่เราทำก่อนหน้านี้เราได้รับ

β ₁ IB ₁ + IB ₁ IB ₁ (β ₁ + 1)

ตอนนี้ก่อนหน้านี้เราได้เห็นแล้ว

IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₂ As, IB2 หรือ IE2 = IB1 (β1 + 1) IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₁ (β1 + 1) IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₁ β ₁ + β ₂ IB ₁ IC = { β ₁ + (β ₁ + β ₂) + β ₂ }

ดังนั้น IC ปัจจุบันของตัวเก็บรวบรวมทั้งหมดจึงเป็นผลรวมของการได้รับทรานซิสเตอร์แต่ละตัว

ตัวอย่างทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน:

60Wโหลด15Vแรงดันไฟฟ้าอินพุตจะต้องมีการเปลี่ยนการใช้สองทรานซิสเตอร์ NPN สร้างคู่ดาร์ลิงตัน กำไรทรานซิสเตอร์แรกจะเป็นวันที่ 30และกำไรทรานซิสเตอร์สองจะเป็น 95 เราจะคำนวณกระแสฐานสำหรับการสลับโหลด

ที่เรารู้ว่าเมื่อโหลดจะได้รับการเปลี่ยนที่เก็บในปัจจุบันจะมีการโหลดในปัจจุบันตามกฎหมายกำลังกระแสตัวสะสม (IC)หรือกระแสโหลด (IL)จะเป็น

I _L = I _C = กำลัง / แรงดัน = 60/15 = 4Amps

เนื่องจากค่ากระแสไฟฟ้าพื้นฐานสำหรับทรานซิสเตอร์ตัวแรกจะเท่ากับ30และสำหรับทรานซิสเตอร์ตัวที่สองจะเป็น95 (β1 = 30 และβ2 = 95) เราสามารถคำนวณกระแสฐานด้วยสมการต่อไปนี้ -

ดังนั้นหากเราใช้กระแส 1.3mAกับฐานทรานซิสเตอร์ตัวแรกโหลดจะเปลี่ยนเป็น " เปิด " และถ้าเราใช้กระแส 0 mAหรือต่อสายดินที่ฐานโหลดจะถูกเปลี่ยนเป็น " ปิด "

แอปพลิเคชั่นทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน:

การใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันนั้นเหมือนกับทรานซิสเตอร์ BJT ทั่วไป

ในภาพด้านบนทรานซิสเตอร์ NPN Darlington ใช้สำหรับการสลับโหลด โหลดอาจเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่โหลดอุปนัยหรือต้านทาน ตัวต้านทานฐาน R1 กำลังจ่ายกระแสฐานให้กับทรานซิสเตอร์ NPN Darlington ตัวต้านทาน R2 คือการ จำกัด กระแสให้กับโหลด ใช้ได้กับโหลดเฉพาะที่ต้องการการ จำกัด กระแสในการทำงานที่มั่นคง ดังตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าพื้นฐานต้องการต่ำมากจึงสามารถเปลี่ยนจากไมโครคอนโทรลเลอร์หรือหน่วยลอจิกดิจิทัลได้อย่างง่ายดาย แต่เมื่อคู่ดาร์ลิงตันอยู่ในบริเวณอิ่มตัวหรืออยู่ในสภาพสมบูรณ์จะมีแรงดันตกคร่อมฐานและตัวปล่อย มันเป็นข้อเสียเปรียบหลักสำหรับคู่ดาร์ลิงตัน. แรงดันไฟฟ้าลดลงตั้งแต่. 3V ถึง 1.2v เนื่องจากแรงดันไฟฟ้านี้ลดลงทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันจะร้อนขึ้นเมื่ออยู่ในโหมดเปิดเต็มที่และจ่ายกระแสให้กับโหลด นอกจากนี้เนื่องจากการตั้งค่าความต้านทานที่สองจะเปิดอยู่ตามตัวต้านทานแรกดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์ผลิตเวลาการตอบสนองช้าในกรณีเช่นนี้การกำหนดค่า Sziklaiให้ประโยชน์ในเรื่องเวลาตอบสนองและประสิทธิภาพการระบายความร้อน

ที่เป็นที่นิยม NPN ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันเป็นBC517

ตามแผ่นข้อมูลของBC517กราฟด้านบนให้กระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่ BC517 สามเส้นโค้งจากต่ำไปสูงขึ้นตามลำดับข้อมูลจะให้เกี่ยวกับอุณหภูมิถ้าเราดู25 องศาโค้งอุณหภูมิ ดี.ซี. กำไรปัจจุบันคือสูงสุดเมื่อสะสมในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ150mA

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันที่เหมือนกันคืออะไร?

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันที่เหมือนกันมีคู่ที่เหมือนกันสองคู่ที่มีคุณสมบัติเหมือนกันโดยมีอัตราขยายกระแสเท่ากันสำหรับแต่ละคู่ นั่นหมายความว่าอัตราขยายปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ตัวแรกβ1จะเหมือนกับการรับกระแสของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองβ2

การใช้สูตรปัจจุบันของตัวสะสมกำไรปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ที่เหมือนกันจะเป็น -

IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β ² = IB / IC

กำไรปัจจุบันจะสูงขึ้นมาก ตัวอย่างคู่ NPN Darlington ได้แก่ TIP120, TIP121, TIP122, BC517 และ PNP ตัวอย่างคู่ของดาร์ลิงตัน ได้แก่ BC516, BC878 และ TIP125

ดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์ IC:

คู่ดาร์ลิงตันช่วยให้ผู้ใช้ขับเคลื่อนแอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานได้มากขึ้นโดยแหล่งที่มาปัจจุบันเพียงไม่กี่มิลลิแอมป์จากไมโครคอนโทรลเลอร์หรือแหล่งจ่ายกระแสไฟต่ำ

ULN2003เป็นชิปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีอาร์เรย์ดาร์ลิงตันกระแสสูงที่มีเอาต์พุตแบบเปิดเจ็ดตัว ตระกูล ULN ประกอบด้วยULN2002A, ULN2003A, ULN2004Aซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่แตกต่างกันสามแบบในตัวเลือกแพ็คเกจที่หลากหลาย ULN2003ใช้กันอย่างแพร่หลายในตัวแปร ULN ชุด อุปกรณ์นี้มีไดโอดปราบปรามภายในวงจรรวมซึ่งเป็นคุณสมบัติเพิ่มเติมในการขับเคลื่อนโหลดอุปนัยโดยใช้สิ่งนี้

นี่คือโครงสร้างภายในของ ULN2003 IC มันเป็น16pinแพคเกจกรมทรัพย์สินทางปัญญา ดังที่เราเห็นว่าขาอินพุตและขาออกอยู่ตรงข้ามกันอย่างสิ้นเชิงเนื่องจากง่ายต่อการเชื่อมต่อ IC และทำให้การออกแบบ PCB ง่ายขึ้น

มีหมุดสะสมแบบเปิดเจ็ดอัน นอกจากนี้ยังมีพินเพิ่มเติมอีกหนึ่งพินซึ่งมีประโยชน์สำหรับแอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับโหลดอุปนัยเช่นมอเตอร์โซลีนอยด์รีเลย์ซึ่งต้องการไดโอดอิสระเราสามารถทำการเชื่อมต่อโดยใช้พินนั้น

พินอินพุตเข้ากันได้กับ TTL หรือ CMOSในอีกด้านหนึ่งพินเอาต์พุตสามารถจมกระแสสูงได้ เป็นต่อแผ่นข้อมูล, คู่ดาร์ลิงตันมีความสามารถที่จะจม 500mAของปัจจุบันและสามารถทนต่อ600mA ของสูงสุดในปัจจุบัน

ในภาพบนจะแสดงการเชื่อมต่ออาร์เรย์ดาร์ลิงตันจริงสำหรับไดรเวอร์แต่ละตัว ใช้ในไดรเวอร์เจ็ดตัวไดรเวอร์แต่ละตัวประกอบด้วยวงจรนี้

เมื่อพินอินพุตของULN2003จากพิน 1 ถึงพิน 7 มีค่าสูงเอาต์พุตจะต่ำและจะจมกระแสผ่าน และเมื่อเราระบุขาอินพุตต่ำเอาต์พุตจะอยู่ในสถานะอิมพีแดนซ์สูงและจะไม่จมกระแส ขา 9จะใช้สำหรับไดโอด freewheel; ควรเชื่อมต่อกับVCCเสมอเมื่อเปลี่ยนโหลดอุปนัยโดยใช้ซีรีย์ULN นอกจากนี้เรายังสามารถขับเคลื่อนแอปพลิเคชันปัจจุบันได้มากขึ้นโดยการวางคู่อินพุตและเอาต์พุตของคู่สองคู่เช่นเราสามารถเชื่อมต่อพิน 1 กับพิน 2และในทางกลับกันสามารถเชื่อมต่อพิน 16 และ 15 และคู่ดาร์ลิงตันสองคู่ขนานกันเพื่อขับเคลื่อนโหลดกระแสที่สูงขึ้น

ULN2003 ยังใช้ในการขับเคลื่อนสเต็ปเปอร์มอเตอร์ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์

การสลับมอเตอร์โดยใช้ ULN2003 IC:

ในวิดีโอนี้มอเตอร์เชื่อมต่อผ่านพินเอาต์พุตแบบเปิดในทางกลับกันอินพุตเรากำลังให้กระแสประมาณ500nA (.5mA)และควบคุมกระแส 380mAทั่วมอเตอร์ นี่คือจำนวนกระแสไฟฟ้าพื้นฐานที่สามารถควบคุมกระแสของตัวสะสมที่สูงขึ้นในทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันได้

ยังเป็นมอเตอร์ ที่ใช้ขา 9มีการเชื่อมต่อทั่วVCCเพื่อให้การป้องกันอิสระเสรี

ตัวต้านทานกำลังให้แรงดึงต่ำทำให้อินพุตต่ำเมื่อไม่มีการไหลของกระแสไฟฟ้ามาจากแหล่งกำเนิดซึ่งทำให้ความต้านทานเอาต์พุตสูงหยุดมอเตอร์ การย้อนกลับจะเกิดขึ้นเมื่อมีการใช้กระแสเพิ่มเติมในขาอินพุต