- Darlingtonski tranzistorski par i njegova konfiguracija:
- Izračun pojačanja struje parnog tranzistorskog para Darlington:
- Primjer tranzistora iz Darlingtona:
- Primjena tranzistora iz Darlingtona:
- Što je identični darlingtonski tranzistor?
- Darlingtonski tranzistor IC:
- Prebacivanje motora pomoću ULN2003 IC:
Darlingtonski tranzistor izumio je 1953. američki elektroinženjer i izumitelj Sidney Darlington.
Darlingtonov tranzistor koristi dva standardna BJT (bipolarni tranzistorski spoj) tranzistora koji su povezani zajedno. Darlingtonov tranzistor povezan je u konfiguraciji gdje jedan od odašiljača tranzistora daje pristranu struju na bazu drugog tranzistora.
Darlingtonski tranzistorski par i njegova konfiguracija:
Ako vidimo simbol Darlington tranzistora, možemo jasno vidjeti kako su povezana dva tranzistora. Na slikama ispod prikazane su dvije vrste Darlingtonovih tranzistora. S lijeve strane je NPN Darlington, a s druge strane PNP Darlington. Možemo vidjeti da se NPN Darlington sastoji od dva NPN tranzistora, a PNP Darlington sastoji se od dva PNP tranzistora. Odašiljač prvog tranzistora izravno je povezan preko baze drugog tranzistora, a kolektor dva tranzistora povezan je zajedno. Ova se konfiguracija koristi za NPN i PNP tranzistore Darlington. U ovoj konfiguraciji par ili Darlingtonov tranzistor proizvode mnogo veće pojačanje i velike mogućnosti pojačanja.
Uobičajeni BJT tranzistor (NPN ili PNP) može raditi između dva stanja, UKLJUČENO i ISKLJUČENO. Moramo osigurati struju na bazi koja kontrolira kolektorsku struju. Kad na bazu pružimo dovoljno struje, BJT ulazi u način zasićenja i struja teče od kolektora do emitora. Ova kolektorska struja izravno je proporcionalna osnovnoj struji. Odnos struje baze i struje kolektora naziva se pojačanje struje tranzistora koje se označava kao Beta (β). U tipičnom BJT tranzistoru pojačanje struje je ograničeno, ovisno o specifikacijama tranzistora. Ali u nekim slučajevima aplikaciji treba više trenutnog dobitka koji jedan BJT tranzistor nije mogao pružiti. TheDarlingtonov par savršen je za primjenu u kojoj je potrebno veliko strujno pojačanje.
Unakrsna konfiguracija:
Međutim, konfiguracija prikazana na gornjoj slici koristi ili dva PNP-a ili dva NPN-a, postoje i druge Darlingtonove konfiguracije ili je dostupna i unakrsna konfiguracija, gdje se PNP koristi s NPN-om ili se NPN koristi s PNP-om. Ova vrsta unakrsne konfiguracije naziva se konfiguracija para Sziklai Darlington ili konfiguracija Push-Pull.
Na gornjoj slici prikazani su parovi Sziklai Darlington. Ova konfiguracija proizvodi manje topline i ima prednosti u vremenu odziva. O tome ćemo razgovarati kasnije. Koristi se za pojačalo klase AB ili tamo gdje su potrebne topologije Push-Pull.
Evo nekoliko projekata u kojima smo koristili Darlingtonske tranzistore:
- Generiranje tonova tapkanjem prstiju pomoću Arduina
- Jednostavni krug detektora laži pomoću tranzistora
- Krug IR odašiljača velikog dometa
- Robot sljedbenik crte koji koristi Arduino
Izračun pojačanja struje parnog tranzistorskog para Darlington:
Na donjoj slici možemo vidjeti dva PNP ili dva NPN tranzistora spojena zajedno.
Ukupni trenutni dobitak od Darlington par će Upravo stoga
Pojačanje struje (hFE) = Prvo pojačanje tranzistora (hFE 1) * Pojačanje drugog tranzistora (hFE 2)
Na gornjoj slici, dva NPN tranzistora stvorila su NPN Darlingtonovu konfiguraciju. Dva NPN tranzistora T1 i T2 povezana su zajedno redom u kojem su povezani kolektori T1 i T2. Prvi tranzistor T1 pruža potrebnu struju baze (IB2) na bazu drugog tranzistora T2. Dakle, osnovna struja IB1, koja kontrolira T1, kontrolira protok struje u bazi T2.
Dakle, postiže se ukupno pojačanje struje (β), kada kolektorska struja iznosi
β * IB kao hFE = fFE 1 * hFE 2
Kako su dva tranzistorska kolektora spojena zajedno, ukupna struja kolektora (IC) = IC1 + IC2
Sada, kao što je gore spomenuto, dobivamo kolektorsku struju β * IB 1
U ovoj je situaciji trenutni dobitak jedinstvo ili veće od jedinice.
Pogledajmo kako je trenutni dobitak umnožavanje trenutnog pojačanja dvaju tranzistora.
IB2 kontrolira emiterska struja T1, koja je IE1. IE1 je izravno povezan preko T2. Dakle, IB2 i IE1 su isti.
IB2 = IE1.
Taj odnos možemo dalje mijenjati s
IC 1 + IB 1
Mijenjamo IC1 kao i prije, dobivamo
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Kao i prije, vidjeli smo to
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 ili 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 }
Dakle, ukupna struja kolektora IC je kombinacijski dobitak pojedinačnog pojačanja tranzistora.
Primjer tranzistora iz Darlingtona:
60W opterećenje sa 15V potrebama ulazni napon biti uključen pomoću dva NPN tranzistora, stvarajući Darlington par. Prvo pojačanje tranzistora bit će 30, a drugo pojačanje tranzistora 95. Izračunati ćemo osnovnu struju za prebacivanje tereta.
Kao što znamo, kada se uključi opterećenje, kolektorska struja bit će struja opterećenja. Prema zakonu snage, struja kolektora (IC) ili struja opterećenja (IL) bit će
I L = I C = Snaga / napon = 60/15 = 4Amp
Kako će osnovno pojačanje struje za prvi tranzistor biti 30, a za drugi tranzistor 95 (β1 = 30 i β2 = 95), osnovnu struju možemo izračunati sljedećom jednadžbom -
Dakle, ako se primjenjuje 1.3mA struje preko prvog tranzistora baze, Load će se prebaciti „ ON ”, a ako se primjenjuje 0 mA struje ili uzemljeni baze će opterećenje biti uključen „ OFF ”.
Primjena tranzistora iz Darlingtona:
Primjena Darlingtonovog tranzistora ista je kao i normalni BJT tranzistor.
Na gornjoj slici NPN Darlingtonov tranzistor koristi se za prebacivanje tereta. Opterećenje može biti bilo što, od induktivnog ili otpornog opterećenja. Osnovni otpor R1 pruža osnovnu struju NPN-ovom Darlingtonovom tranzistoru. Otpor R2 ograničava struju na opterećenje. Primjenjiv je za specifična opterećenja koja trebaju stabilnu struju u stabilnom radu. Kao što primjer sugerira da je osnovna struja potrebna vrlo niska, može se lako prebaciti s mikrokontrolera ili digitalnih logičkih jedinica. Ali kada je par Darlington u zasićenom području ili u potpunosti u stanju, dolazi do pada napona na bazi i emiteru. To je glavni nedostatak za darlingtonski par. Padovi napona kreću se od.3V do 1.2v. Zbog ovog pada napona Darlingtonov tranzistor se zagrijava kada je u potpunosti uključen i napaja struju opterećenjem. Također, zbog konfiguracije drugi otpornik uključuje prvi otpornik, Darlingtonov tranzistor proizvodi sporije vrijeme odziva. U tom slučaju Sziklai konfiguracija pruža prednost u odnosu na vrijeme odziva i toplinske performanse.
Popularni NPN darlingtonski tranzistor je BC517.
Kao što je navedeno u tablici podataka BC517, gornji grafikon daje DC jednosmjernu struju BC517. Tri krivulje od niže prema višoj pružaju informacije o temperaturi okoline. Ako vidimo krivulju temperature okoline od 25 stupnjeva, jednosmjerna struja je maksimalna kada je kolektorska struja oko 150mA.
Što je identični darlingtonski tranzistor?
Identični Darlingtonov tranzistor ima dva identična para s potpuno istim specifikacijama s istim trenutnim pojačanjem za svaki. To znači da je trenutni dobitak prvog tranzistora β1 jednak trenutnom pojačanju β2 drugog tranzistora .
Koristeći formulu struje kolektora, trenutni dobitak identičnog tranzistora bit će
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Trenutni dobitak bit će mnogo veći. Primjeri NPN Darlingtonovih parova su TIP120, TIP121, TIP122, BC517 i PNP Primjeri pari Darlingtonovih BC516, BC878 i TIP125.
Darlingtonski tranzistor IC:
Par Darlington omogućuje korisnicima da pokreću više aplikacija za nekoliko miliampera trenutnog izvora iz mikrokontrolera ili izvora slabe struje.
ULN2003 je čip široko korišten u elektronici koji pruža Darlingtonove nizove visoke struje sa sedam otvorenih kolektorskih izlaza. Obitelj ULN sastoji se od ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, tri različite varijante u više opcija paketa. ULN2003 naširoko koristi varijantu u ULN serije. Ovaj uređaj uključuje diode za suzbijanje unutar integriranog kruga, što je dodatna značajka za pogon induktivnog opterećenja pomoću njega.
Ovo je unutarnja struktura IC ULN2003. To je 16pin dip paket. Kao što možemo vidjeti ulazni i izlazni pin su upravo suprotni, zbog toga je lakše povezati IC i učiniti PCB dizajn jednostavnijim.
Dostupno je sedam otvorenih kolektorskih zatiča. Također je dostupan i jedan dodatni zatik koji je koristan za primjenu u vezi s induktivnim opterećenjem, to mogu biti motori, solenoidi, releji, kojima su potrebne diode slobodnog okretaja, pomoću tog pina možemo uspostaviti vezu.
Ulazni pinovi kompatibilni su za upotrebu s TTL-om ili CMOS-om, s druge strane izlazni pinovi mogu ponirati velike struje. Prema tehničkom listu, parovi Darlington mogu spustiti 500 mA struje i mogu podnijeti 600 mA vršne struje.
Na gornjoj slici prikazana je stvarna veza Darlingtonovog niza za svaki upravljački program. Koristi se u sedam vozača, a svaki se vozač sastoji od ovog kruga.
Kad su ulazne igle ULN2003, od pina 1 do pina 7, opremljene s High, izlaz će biti nizak i kroz njega će prolaziti struja. A kada pružimo ulazni pin s malim ulazom, izlaz će biti u stanju visoke impedancije i neće ponirati struju. Zatik 9 služi za jednosmjerne spojke dioda; uvijek bi trebao biti povezan na VCC, prilikom prebacivanja bilo kojeg induktivnog opterećenja pomoću ULN serije. Također možemo pokretati više trenutnih aplikacija paraleliranjem ulaza i izlaza dva para, poput pina 1 s pinom 2, a s druge strane pina 16 i 15 i paralelno dva Darlingtonova para za pogon većih strujnih opterećenja.
ULN2003 se također koristi za pogon koračnih motora s mikrokontrolerima.
Prebacivanje motora pomoću ULN2003 IC:
U ovom videu motor je spojen preko otvorenog izlaznog pina kolektora, s druge strane ulaz, pružamo približno 500nA (.5mA) struje i kontroliramo 380mA struje preko motora. Na taj način mala količina bazne struje može kontrolirati mnogo veću struju kolektora u Darlingtonovom tranzistoru.
Također, kao i motor se koristi, pin 9 je spojen preko VCC osigurati slobodni hod zaštitu.
Otpor pruža nisko povlačenje, čineći ulaz NISKIM kad iz izvora ne dolazi struja, što čini izlaznu visoku impedansu zaustavljanjem motora. Obrnuto će se dogoditi kada se dodatna struja primijeni preko ulaznog pina.