- Darlington tranzisztorpár és konfigurációja:
- Darlington tranzisztor páráram erősítés kiszámítása:
- Darlington-tranzisztor példa:
- Darlington tranzisztor alkalmazás:
- Mi az azonos Darlington-tranzisztor?
- Darlington tranzisztor IC:
- Motorváltás ULN2003 IC használatával:
A Darlington-tranzisztort 1953-ban találta ki egy amerikai villamosmérnök és feltaláló, Sidney Darlington.
A Darlington tranzisztor két standard BJT (Bi-polar junction transistor) tranzisztort használ, amelyek egymással vannak összekötve. Darlington tranzisztor olyan konfigurációban csatlakozik, ahol a tranzisztor egyik emittere torzított áramot szolgáltat a másik tranzisztor bázisához.
Darlington tranzisztorpár és konfigurációja:
Ha látjuk a Darlington tranzisztor szimbólumát, akkor világosan láthatjuk, hogyan kapcsolódik két tranzisztor. Az alábbi képeken kétféle Darlington-tranzisztor látható. A bal oldalon az NPN Darlington, a másik oldalon a PNP Darlington található. Láthatjuk, hogy az NPN Darlington két NPN tranzisztort tartalmaz, és a PNP Darlington két PNP tranzisztort tartalmaz. Az első tranzisztor emittere közvetlenül kapcsolódik a többi tranzisztor bázisához, és a két tranzisztor kollektora is össze van kötve. Ezt a konfigurációt mind az NPN, mind a PNP Darlington tranzisztorokhoz használják. Ebben a konfigurációban a pár vagy a Darlington tranzisztor sokkal nagyobb erősítést és nagy erősítési képességeket produkál.
Egy normál BJT tranzisztor (NPN vagy PNP) két állapot, ON és OFF között működhet. Áramot kell biztosítanunk annak a bázisnak, amely a kollektor áramát vezérli. Amikor elegendő áramot biztosítunk az alapnak, a BJT telítettség üzemmódba lép, és az áram kollektorról emitterre áramlik. Ez a kollektoráram egyenesen arányos az alapárammal. Az alapáram és a kollektoráram arányát tranzisztor áramerősítésének nevezzük, amelyet béta (β) néven jelölünk. Tipikus BJT tranzisztorokban az áramerősítés a tranzisztor specifikációjától függően korlátozott. Bizonyos esetekben azonban az alkalmazásnak nagyobb áramfelvételre van szüksége, amelyet egyetlen BJT tranzisztor nem tudna biztosítani. AA Darlington pár tökéletes azokhoz az alkalmazásokhoz, ahol nagy áramerősítésre van szükség.
Keresztkonfiguráció:
A fenti képen látható konfiguráció azonban vagy két PNP-t, vagy két NPN-t használ, vannak más Darlington-konfigurációk, vagy elérhető a keresztkonfiguráció is, ahol PNP-t használnak NPN-vel, vagy NPN-t használnak PNP-vel. Ezt a típusú keresztkonfigurációt Sziklai Darlington párkonfigurációnak vagy Push-Pull konfigurációnak hívják.
A fenti képen a Sziklai Darlington párok láthatók. Ez a konfiguráció kevesebb hőt termel, és előnyei vannak a reakcióidővel kapcsolatban. Később megbeszéljük. AB osztályú erősítőkhöz használják, vagy ahol Push-Pull topológiákra van szükség.
Íme néhány projekt, ahol a Darlington tranzisztorokat használtuk:
- Hangok előállítása az ujjak megérintésével az Arduino segítségével
- Egyszerű hazugságvizsgáló áramkör tranzisztorokkal
- Nagy hatótávolságú IR adó áramkör
- Vonalkövető robot Arduino használatával
Darlington tranzisztor páráram erősítés kiszámítása:
Az alábbi képen két PNP vagy két NPN tranzisztor van összekapcsolva.
A teljes áramerősítést a Darlington pár -es értékű lesz
Áramerősítés (hFE) = Első tranzisztor erősítés (hFE 1) * Második tranzisztor erősítés (hFE 2)
A fenti képen két NPN tranzisztor létrehozott egy NPN Darlington konfigurációt. A két NPN T1 és T2 tranzisztor sorrendben van összekötve, ahol T1 és T2 kollektorai vannak csatlakoztatva. Az első T1 tranzisztor biztosítja a szükséges bázisáramot (IB2) a második T2 tranzisztor bázisához. Tehát az IB1 bázisáram, amely a T1- et vezérli, a T2 bázisán az áramáramot szabályozza.
Tehát a teljes áramerősítés (β) akkor érhető el, amikor a kollektoráram van
β * IB mint hFE = fFE 1 * hFE 2
Mivel két tranzisztor kollektor összekapcsolódik, a teljes kollektoráram (IC) = IC1 + IC2
A fentiekben leírtak szerint megkapjuk a β * IB 1 kollektoráramot
Ebben a helyzetben a jelenlegi nyereség egység vagy nagyobb, mint egy.
Nézzük meg, hogy az aktuális erősítés a két tranzisztor aktuális erősítésének szorzata.
Az IB2- t a T1 emitterárama szabályozza, amely IE1. Az IE1 közvetlenül kapcsolódik a T2-n. Tehát az IB2 és az IE1 ugyanaz.
IB2 = IE1.
Ezen a kapcsolaton tovább változtathatunk
IC 1 + IB 1
Megváltoztatjuk az IC1-et, ahogy korábban tettük
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Most, mint korábban, ezt is láttuk
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 vagy 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 }
Tehát a teljes kollektoráram IC az egyes tranzisztorok erősítésének kombinációs nyeresége.
Darlington-tranzisztor példa:
A 60 W-os terhelést 15 V-os bemeneti feszültséggel két NPN tranzisztor segítségével kell kapcsolni, Darlington-pár létrehozásával. Az első tranzisztor erősítés 30, a második tranzisztor erősítés 95. Kiszámítjuk a terhelés átkapcsolásának alapáramát.
Mint tudjuk, a terhelés bekapcsolásakor a kollektoráram lesz a terhelési áram. A teljesítménytörvény szerint a kollektoráram (IC) vagy a terhelőáram (IL) az lesz
I L = I C = Teljesítmény / Feszültség = 60/15 = 4 A
Mivel az első tranzisztor bázisáram-erősítése 30, a második tranzisztoré pedig 95 (β1 = 30 és β2 = 95), a következő egyenlettel számíthatjuk ki az alapáramot -
Tehát, ha alkalmazni 1.3mA jelenlegi szerte az első tranzisztor bázis, a Load átkapcsol „ ON ”, és ha alkalmazzuk 0 mA áram vagy földelt a bázis a terhelés lesz kapcsolva „ OFF ”.
Darlington tranzisztor alkalmazás:
A Darlington tranzisztor alkalmazása megegyezik a normál BJT tranzisztorral.
A fenti képen az NPN Darlington tranzisztort használják a terhelés kapcsolására. A terhelés bármi lehet, induktív vagy rezisztív terhelés. Az R1 bázisellenállás biztosítja az alapáramot az NPN Darlington tranzisztorhoz. Az R2 ellenállás korlátozza az áramot a terhelésre. Olyan speciális terhelésekre alkalmazható, amelyek stabil működés mellett áramkorlátozásra szorulnak. Mint a példa arra utal, hogy az alapáram nagyon alacsonyra volt szükség, könnyen átkapcsolható a mikrokontroller vagy a digitális logika egységeiről. De amikor a Darlington pár telített régióban van, vagy teljesen állapotban van, feszültségesés lép fel a bázison és az emitteren. Ez egy Darlington-pár fő hátránya. A feszültségesés 0,3 V és 1,2 V között mozog. Ennek a feszültségesésnek köszönhetően a Darlington tranzisztor forróbbá válik, amikor teljesen bekapcsolt állapotban van és áramot szolgáltat a terheléshez. A konfiguráció miatt a második ellenállást az első ellenállás kapcsolja be, a Darlington tranzisztor lassabb reakcióidőt produkál. Ebben az esetben a Sziklai konfiguráció előnyt nyújt a reakcióidővel és a hőteljesítménnyel szemben.
Népszerű NPN Darlington tranzisztor a BC517.
A BC517 adatlapjának megfelelően a fenti grafikon a BC517 egyenáram erősítését mutatja. Három alacsonyabbról magasabbra mutató görbe ad információt a környezeti hőmérsékletről. Ha látjuk a 25 fokos környezeti hőmérsékleti görbét, akkor a DC áramerősítés akkor maximális, ha a kollektoráram 150mA körül van.
Mi az azonos Darlington-tranzisztor?
Azonos Darlington tranzisztornak két azonos párja van, pontosan ugyanazokkal a specifikációkkal, ugyanazon áramerősítéssel. Ez azt jelenti, hogy az első β1 tranzisztor áramerősítése megegyezik a második tranzisztorok β2 áramerősítésével .
A kollektor áramképletének felhasználásával az azonos tranzisztor áramerősítése
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
A jelenlegi nyereség sokkal nagyobb lesz. Az NPN Darlington pár példái a TIP120, TIP121, TIP122, BC517 és a PNP Darlington párok a BC516, BC878 és TIP125.
Darlington tranzisztor IC:
A Darlington pár lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy több áramellátási alkalmazást hajtsanak végre néhány milliamper áramforrással mikrovezérlőből vagy gyenge áramforrásokból.
Az ULN2003 az elektronikában széles körben használt chip, amely nagy áramú Darlington tömböket biztosít hét nyitott kollektor kimenettel. Az ULN család az ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, három különböző változatból áll, több csomag opcióban. Az ULN2003 az ULN sorozat széles körben használt változata. Ez az eszköz elnyomó diódákat tartalmaz az integrált áramkör belsejében, ami további funkció az induktív terhelés meghajtására.
Ez az ULN2003 IC belső felépítése. Ez 16pin dip csomag. Amint láthatjuk, a bemeneti és a kimeneti tű pontosan ellentétes, ezért könnyebb az IC-t csatlakoztatni, és egyszerűbbé tenni a NYÁK-t.
Hét nyitott gyűjtőtüske áll rendelkezésre. Egy további tű is rendelkezésre áll, amely hasznos az induktív terheléssel kapcsolatos alkalmazásokhoz. Lehet motor, mágnesszelep, relé, amelyhez szabadonfutó diódákra van szükség, a csatlakozást ezzel a csap segítségével tudjuk létrehozni.
A bemeneti csapok kompatibilisek a TTL vagy CMOS használatával, a másik oldalon a kimeneti csapok képesek elárasztani a nagy áramokat. Az adatlap szerint a Darlington-párok képesek 500mA áramot elnyelni és 600mA csúcsáramot elviselni.
A felső képen a tényleges Darlington tömb kapcsolat látható az egyes illesztőprogramoknál. Hét meghajtóban használják, minden illesztőprogram ebből az áramkörből áll.
Ha az ULN2003 bemeneti csapjai az 1. és a 7. érintkező között magasakkal vannak ellátva, a kimenet alacsony lesz és áramot süllyeszt át rajta. És amikor alacsony bemeneti tűt biztosítunk, a kimenet nagy impedanciájú állapotban lesz, és nem süllyed az áram. A 9 csap használják szabadonfutó dióda; az ULN sorozatú induktív terhelés kapcsolásakor mindig csatlakoztatnia kell a VCC-hez. Több aktuális alkalmazást is meghajthatunk két pár be- és kimenetének párhuzamosításával, például az 1-es és 2-es csatlakozóval, másrészt a 16-os és a 15-ös csapokkal és párhuzamosan két Darlington-pár nagyobb áramterheléshez.
Az ULN2003 mikrokapcsolókkal ellátott léptető motorok meghajtására is használható.
Motorváltás ULN2003 IC használatával:
Ebben a videóban a motor egy nyitott kollektor kimeneti csapon keresztül van összekötve, másrészt a bemenetként kb. 500nA (.5mA) áramot biztosítunk és 380mA áramot vezérelünk a motoron. Így képes kis mennyiségű bázisáram szabályozni a Darlington tranzisztor sokkal nagyobb kollektoráramát.
Továbbá, mivel Motor használunk, a 9 csap össze van kötve az egész VCC hogy szabadonfutó védelmet.
Az ellenállás alacsony felhúzást biztosít, így a bemenet LOW lesz, ha áramforrás nem érkezik a forrásból, ami a kimenetet nagy impedanciává teszi, és leállítja a motort. Ennek fordítottja akkor történik meg, ha további áramot vezetnek a bemeneti csapra.