- Darlington Transistor Pair och dess konfiguration:
- Darlington Transistor Pair Current Gain Beräkning:
- Darlington Transistor Exempel:
- Darlington Transistor-applikation:
- Vad är en identisk Darlington-transistor?
- Darlington Transistor IC:
- Växla motor med ULN2003 IC:
Darlington-transistorn uppfanns 1953 av en amerikansk elingenjör och uppfinnare, Sidney Darlington.
Darlington transistor använder två standard BJT (Bi-polar junction transistor) transistorer som är kopplade ihop. Darlington transistor ansluten i en konfiguration där en av transistors sändare ger förspänd ström till den andra transistors bas.
Darlington Transistor Pair och dess konfiguration:
Om vi ser Darlington Transistors symbol kan vi tydligt se hur två transistorer är anslutna. I bilderna nedan visas två typer av Darlington-transistor. På vänster sida är det NPN Darlington och på andra sidan är det PNP Darlington. Vi kan se att NPN Darlington består av två NPN-transistorer och PNP Darlington består av två PNP-transistorer. Den första transistors sändare är direkt ansluten över basen på en annan transistor, även kollektorn för de två transistorerna är sammankopplade. Denna konfiguration används för både NPN- och PNP-Darlington-transistorer. I den här konfigurationen producerar paret eller Darlington-transistorn mycket högre förstärkning och stora förstärkningsmöjligheter.
En normal BJT-transistor (NPN eller PNP) kan fungera mellan två tillstånd, PÅ och AV. Vi måste ge ström till basen som styr kollektorströmmen. När vi ger tillräckligt med ström till basen går BJT in i mättnadsläge och strömmen flödar från kollektor till emitter. Denna kollektorström är direkt proportionell mot basströmmen. Förhållandet mellan basström och kollektorström kallas transistors strömförstärkning som betecknas som Beta (β). I typisk BJT-transistor är strömförstärkningen begränsad beroende på transistorspecifikationen. Men i vissa fall behöver applikationen mer strömförstärkning som en enda BJT-transistor inte kunde ge. DeDarlington-paret är perfekt för applikationer där hög strömförstärkning krävs.
Tvärkonfiguration:
Konfigurationen som visas i bilden ovan använder dock antingen två PNP eller två NPN, det finns andra Darlington-konfigurationer eller korskonfigurationen är också tillgänglig, där en PNP används med NPN, eller en NPN används med PNP. Denna typ av tvärkonfiguration kallas Sziklai Darlington-parkonfiguration eller Push-Pull- konfiguration.
I bilden ovan visas Sziklai Darlington- paren. Denna konfiguration producerar mindre värme och har fördelar med avseende på responstid. Vi kommer att diskutera om det senare. Den används för klass AB-förstärkare eller där Push-Pull-topologier behövs.
Här är några projekt där vi använde Darlington Transistors:
- Generera toner genom att knacka på fingrar med Arduino
- Enkel ljuddetektorkrets med hjälp av transistorer
- Långvägs IR-sändarkrets
- Line Follower Robot med Arduino
Darlington Transistor Pair Current Gain Beräkning:
I bilden nedan kan vi se två PNP- eller två NPN-transistorer är kopplade ihop.
Den totala strömförstärkningen hos Darlington paret kommer att vara-
Strömförstärkning (hFE) = Första transistorförstärkning (hFE 1) * Andra transistorförstärkning (hFE 2)
I ovanstående bild skapade två NPN-transistorer en NPN Darlington-konfiguration. De två NPN-transistorerna T1 och T2 är sammankopplade i en ordning där T1 och T2: s samlare är anslutna. Den första transistorn T1 tillhandahåller den nödvändiga basströmmen (IB2) till den andra transistorn T2: s bas. Så basströmmen IB1, som styr T1, styr strömflödet vid T2s bas.
Så den totala strömförstärkningen (β) uppnås när kollektorströmmen är
β * IB som hFE = fFE 1 * hFE 2
Eftersom två transistorsamlare är kopplade ihop, total kollektorström (IC) = IC1 + IC2
Nu som diskuterats ovan får vi samlarströmmen β * IB 1
I denna situation är den nuvarande vinsten enhet eller större än en.
Låt oss se hur den nuvarande förstärkningen är multipliceringen av de två transistornas nuvarande förstärkning.
IB2 styrs av emitterströmmen för T1, som är IE1. IE1 är direkt ansluten över T2. Så IB2 och IE1 är desamma.
IB2 = IE1.
Vi kan ändra detta förhållande ytterligare med
IC 1 + IB 1
Att ändra IC1 som vi gjorde tidigare får vi
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Nu som tidigare har vi sett det
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 eller 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 }
Så den totala kollektorströmmen IC är en kombinationsförstärkning av enskilda transistors förstärkning.
Darlington Transistor Exempel:
En 60W belastning med 15V ingångsspänning måste bytas med två NPN-transistorer, vilket skapar ett Darlington-par. Den första transistorförstärkningen blir 30 och den andra transistorförstärkningen blir 95. Vi kommer att beräkna basströmmen för att byta last.
Som vi vet, när lasten slås på, kommer kollektorströmmen att vara lastström. Enligt kraftlagen kommer samlingsströmmen (IC) eller belastningsströmmen (IL) att vara
I L = I C = Effekt / spänning = 60/15 = 4 ampere
Eftersom basströmförstärkningen för den första transistorn kommer att vara 30 och för den andra transistorn kommer att vara 95 (β1 = 30 och β2 = 95) kan vi beräkna basströmmen med följande ekvation -
Så om vi applicerar 1,3 mA ström över den första transistorbasen, kommer belastningen att slå på " ON " och om vi applicerar 0 mA ström eller jordad basen kommer belastningen att vara " OFF ".
Darlington Transistor-applikation:
Tillämpningen av Darlington-transistor är densamma som normal BJT-transistor.
I ovanstående bild används NPN Darlington-transistorn för att koppla lasten. Lasten kan vara allt från induktiv eller resistiv belastning. Basmotståndet R1 förser basströmmen till NPN Darlington-transistorn. R2-motståndet är att begränsa strömmen till belastningen. Det är tillämpligt för specifika belastningar som behöver strömbegränsning vid stabil drift. Som exemplet antyder att basströmmen är mycket låg kan den enkelt bytas från mikrokontroller eller digitala logikenheter. Men när Darlington-paret är i ett mättat område eller helt på villkor, finns det spänningsfall över basen och sändaren. Det är en stor nackdel för ett Darlington-par. Spänningsfallet sträcker sig från.3V till 1,2V. På grund av detta spänningsfall blir Darlington-transistorn varmare när den är helt i läge och matar ström till lasten. På grund av konfigurationen slås det andra motståndet på av det första motståndet, och Darlington Transistor ger långsammare svarstid. I sådana fall ger Sziklai-konfiguration fördel över svarstiden och termisk prestanda.
En populär NPN Darlington-transistor är BC517.
Enligt databladet för BC517 ger ovanstående diagram likströmsförstärkning av BC517. Tre kurvor från lägre respektive högre ger information om omgivningstemperaturen. Om vi ser 25 graders omgivningstemperaturkurva är likströmsförstärkningen maximal när kollektorströmmen är cirka 150 mA.
Vad är en identisk Darlington-transistor?
Identisk Darlington Transistor har två identiska par med exakt samma specifikation med samma strömförstärkning för var och en. Det betyder att strömförstärkningen för den första transistorn β1 är densamma som den andra transistorns strömförstärkning β2.
Med hjälp av kollektorströmsformeln kommer strömförstärkningen för den identiska transistorn att
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Den nuvarande vinsten blir mycket högre. NPN-Darlington-parexempel är TIP120, TIP121, TIP122, BC517 och PNP Darlington-parexempel är BC516, BC878 och TIP125.
Darlington Transistor IC:
Darlington-paret gör det möjligt för användare att köra fler kraftapplikationer med några milliampere strömkälla från mikrokontroller eller lågströmskällor.
ULN2003 är ett chip som används i stor utsträckning inom elektronik som ger Darlington-matriser med hög ström med sju öppna kollektorutgångar. ULN-familjen består av ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, tre olika varianter i flera paketalternativ. Den ULN2003 används flitigt variant ULN serien. Enheten innehåller dämpningsdioder inuti den integrerade kretsen, vilket är en ytterligare funktion för att driva induktiv belastning med denna.
Detta är den interna strukturen för ULN2003 IC. Det är 16pins dopppaket. Som vi kan se är ingångs- och utgångsstiftet helt motsatta, på grund av det är det lättare att ansluta IC och göra kretskortsdesignen enklare.
Det finns sju öppna samlingsstift. Ytterligare en stift finns också som är användbar för induktiv belastningsrelaterad applikation, det kan vara motorer, solenoider, reläer, som behöver frihjulsdioder, vi kan göra anslutningen med den stiftet.
Ingångsstiften är kompatibla för användning med TTL eller CMOS, på andra sidan kan utgångsstiften sjunka höga strömmar. Enligt databladet kan Darlington-paren sjunka 500mA ström och tåla 600mA toppström.
I den övre bilden visas den faktiska Darlington-arrayanslutningen för varje drivrutin. Den används i sju förare, varje förare består av denna krets.
När ingångstapparna på ULN2003, från stift 1 till stift 7, är försedda med hög kommer utgången att vara låg och den kommer att sjunka ström genom den. Och när vi tillhandahåller Låg i ingångsstift kommer utgången att vara i högimpedansläge och den sjunker inte ström. Den tapp 9 används för frihjulsdiod; den ska alltid anslutas till VCC när du byter induktiv belastning med ULN- serien. Vi kan också köra mer aktuella applikationer genom att parallellisera två pars ingångar och utgångar, som om vi kan ansluta stift 1 med stift 2 och å andra sidan kan ansluta stift 16 och 15 och parallellt två Darlington-par för att driva högre strömbelastningar.
ULN2003 används också för att driva stegmotorer med mikrokontroller.
Växla motor med ULN2003 IC:
I den här videon är motorn ansluten över en öppen kollektorutgångsstift, å andra sidan ger vi cirka 500nA (.5mA) ström och kontrollerar 380mA ström över motorn. Så här kan en liten mängd basström styra mycket högre kollektorström i Darlington Transistor.
När motor används används också stiftet 9 över VCC för att ge frihjulsskydd.
Motståndet ger låg uppdragning, vilket gör ingången LÅG när inget strömflöde kommer från källan, vilket gör att utgången stoppar motorn med hög impedans. Det omvända händer när ytterligare ström appliceras över ingångsstiftet.