Darlington Transistor Berechnungen

Der Darlington-Transistor ist eine bekannte und beliebte Verbindung, bei der ein Paar Bipolartransistor-Sperrschichttransistoren (BJT) verwendet wird, die für den Betrieb wie ein einheitlicher Transistor ausgelegt sind 'hervorragend' Transistor. Das folgende Diagramm zeigt die Details der Verbindung.

Definition

Ein Darlington-Transistor kann als eine Verbindung zwischen zwei BJTs definiert werden, die es ihnen ermöglicht, einen einzelnen zusammengesetzten BJT zu bilden, der eine beträchtliche Menge an Stromverstärkung erhält, die typischerweise über tausend liegen kann.

Der Hauptvorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass sich der zusammengesetzte Transistor wie eine einzelne Vorrichtung mit einer verbesserten verhält Stromverstärkung äquivalent zum Produkt der Stromverstärkungen jedes Transistors.

Wenn die Darlington-Verbindung aus zwei einzelnen BJTs mit Stromverstärkungen β besteht₁und β_zweiDie kombinierte Stromverstärkung kann mit folgender Formel berechnet werden:

b_D.= β₁b_zwei-------- (12.7)

Wenn angepasste Transistoren in einer Darlington-Verbindung verwendet werden, so dass β₁= β_zwei= β wird die obige Formel für die Stromverstärkung wie folgt vereinfacht:

b_D.= β^zwei-------- (12.8)

Verpackter Darlington-Transistor

Aufgrund ihrer immensen Beliebtheit werden Darlington-Transistoren auch in einem einzigen Paket hergestellt und fertig hergestellt, wobei zwei BJTs intern als eine Einheit verdrahtet sind.

Die folgende Tabelle enthält das Datenblatt eines Darlington-Beispielpaares in einem einzelnen Paket.

Die angegebene Stromverstärkung ist die Nettoverstärkung der beiden BJTs. Das Gerät verfügt über 3 externe Standardklemmen, nämlich Basis, Emitter, Kollektor.

Diese Art von gepackten Darlington-Transistoren weist externe Merkmale auf, die einem normalen Transistor ähnlich sind, jedoch im Vergleich zu normalen Einzeltransistoren eine sehr hohe und verbesserte Stromverstärkungsausgabe aufweisen.

Vorspannung einer Darlington-Transistorschaltung

Die folgende Abbildung zeigt eine gemeinsame Darlington-Schaltung unter Verwendung von Transistoren mit einer sehr hohen Stromverstärkung β_D..

Hier kann der Basisstrom nach folgender Formel berechnet werden:

ich_B.= V._DC- V._SEIN/ R._B.+ β_D.R._IS-------------- (12.9)

Obwohl dies ähnlich aussehen kann wie die Gleichung, die normalerweise für jede reguläre BJT angewendet wird der Wert β_D.in der obigen Gleichung wird wesentlich höher sein, und die V._SEINwird vergleichsweise größer sein. Dies wurde auch im Beispieldatenblatt im vorherigen Absatz nachgewiesen.

Daher kann der Emitterstrom wie folgt berechnet werden:

ich_IS= (β_D.+ 1) I._B.≈ β_D.ich_B.-------------- (12.10)

Die Gleichspannung beträgt:

V._IS= Ich_ISR._IS-------------- (12.11)

V._B.= V._IS+ V._SEIN-------------- (12.12)

Gelöstes Beispiel 1

Berechnen Sie aus den in der folgenden Abbildung angegebenen Daten die Vorspannungsströme und -spannungen der Darlington-Schaltung.

Lösung : Unter Anwendung von Gleichung 12.9 wird der Basisstrom wie folgt bestimmt:

ich_B.= 18 V - 1,6 V / 3,3 MΩ + 8000 (390 Ω) ≤ 2,56 uA

Unter Anwendung von Gleichung 12.10 kann der Emitterstrom wie folgt ausgewertet werden:

ich_IS≤ 8000 (2,56 & mgr; A) ≤ 20,28 mA ≤ I._C.

Die Gleichspannung des Emitters kann unter Verwendung von Gleichung 12.11 wie folgt berechnet werden:

V._IS= 20,48 mA (390 Ω) ≤ 8 V,

Schließlich kann die Kollektorspannung durch Anwenden von Gl. 12.12 wie unten angegeben:

V._B.= 8 V + 1,6 V = 9,6 V.

In diesem Beispiel beträgt die Versorgungsspannung am Kollektor des Darlington:
V._C.= 18 V.

AC-Äquivalent-Darlington-Schaltung

In der Abbildung unten sehen wir a BJT Emitterfolger Schaltung im Darlington-Modus angeschlossen. Der Basisanschluss des Paares ist über den Kondensator C1 mit einem Wechselstromeingangssignal verbunden.

Das über den Kondensator C2 erhaltene Ausgangs-Wechselstromsignal ist dem Emitteranschluss der Vorrichtung zugeordnet.

Das Simulationsergebnis der obigen Konfiguration ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Hier ist der Darlington-Transistor durch ein Wechselstrom-Ersatzschaltbild mit einem Eingangswiderstand ersetzt zu sehen r _ich und eine Ausgangsstromquelle, dargestellt als b _D. ich _b

Die AC-Eingangsimpedanz kann wie folgt berechnet werden:

AC-Basisstrom fließt durch r _ich ist:

ich_b= V._ich- V._oder/ r_ich---------- (12.13)

Schon seit
V._oder= (I._b+ β_D.ich_b) R._IS---------- (12.14)

Wenn wir Gl. 12.13 in Gl. 12.14 bekommen wir:

ich_br_ich= V._ich- V._oder= V._ich- ICH_b(1 + β_D.) R._IS

Lösen der oben genannten für V. _ich::

V._ich= Ich_b[r_ich+ (1 + β_D.) R._IS]]

V._ich/ ICH_b= r_ich+ β_D.R._IS

Bei der Untersuchung der Transistorbasis kann nun ihre Wechselstrom-Eingangsimpedanz wie folgt bewertet werden:

MIT_ich= R._B.॥ r_ich+ β_D.R._IS---------- (12.15)

Gelöstes Beispiel 2

Lassen Sie uns nun ein praktisches Beispiel für das obige Design des AC-äquivalenten Emitterfolgers lösen:

Bestimmen Sie die Eingangsimpedanz der Schaltung bei r _ich = 5 kΩ

Unter Anwendung von Gleichung 12.15 lösen wir die folgende Gleichung:

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

Praktisches Design

Hier ist ein praktisches Darlington-Design, indem Sie a Leistungstransistor 2N3055 mit einem kleinen Signal BC547 Transistor.

Auf der Signaleingangsseite wird ein 100K-Widerstand verwendet, um den Strom auf einige Millampere zu reduzieren.

Normalerweise kann der 2N3055 mit einem so geringen Strom an der Basis niemals eine hohe Strombelastung wie eine 12-V-2-Ampere-Lampe beleuchten. Dies liegt daran, dass die Stromverstärkung von 2N3055 sehr gering ist, um den niedrigen Basisstrom in einen hohen Kollektorstrom umzuwandeln.

Sobald jedoch ein anderer BJT, der hier ein BC547 ist, mit 2N3055 in einem Darlington-Paar verbunden ist, springt die einheitliche Stromverstärkung auf einen sehr hohen Wert und lässt die Lampe bei voller Helligkeit leuchten.

Die durchschnittliche Stromverstärkung (hFE) von 2N3055 liegt bei 40, während sie bei BC547 bei 400 liegt. Wenn beide als Darlington-Paar kombiniert werden, steigt die Verstärkung erheblich auf 40 x 400 = 16000, nicht wahr? Das ist die Art von Leistung, die wir von einer Darlington-Transistorkonfiguration erhalten können, und ein normal aussehender Transistor könnte mit nur einer einfachen Modifikation in ein Gerät mit einer enormen Nennleistung verwandelt werden.