- Parell de transistors Darlington i la seva configuració:
- Càlcul del guany de corrent de parells de transistors de Darlington:
- Exemple de transistor de Darlington:
- Aplicació del transistor Darlington:
- Què és un transistor Darlington idèntic?
- CI de transistors de Darlington:
- Canvi d'un motor mitjançant ULN2003 IC:
El transistor Darlington és inventat el 1953 per un enginyer i inventor elèctric nord-americà, Sidney Darlington.
El transistor de Darlington utilitza dos transistors estàndard BJT (bi-polar junction transistor) que estan connectats entre si. Transistor de Darlington connectat en una configuració on un dels emissors del transistor proporciona corrent esbiaixat a la base de l'altre transistor.
Parell de transistors Darlington i la seva configuració:
Si veiem el símbol del transistor Darlington, podem veure clarament com es connecten dos transistors. A les imatges següents es mostren dos tipus de transistor Darlington. A la banda esquerra hi ha NPN Darlington i, a l’altra banda, PNP Darlington. Podem veure NPN Darlington que consta de dos transistors NPN i PNP Darlington consisteix en dos transistors PNP. L'emissor del primer transistor està connectat directament a través de la base d'un altre transistor, també el col·lector dels dos transistors està connectat entre si. Aquesta configuració s’utilitza tant per als transistors Darlington NPN com PNP. En aquesta configuració, el parell o el transistor Darlington produeixen guanys molt més elevats i grans capacitats d'amplificació.
Un transistor BJT normal (NPN o PNP) pot funcionar entre dos estats, ON i OFF. Hem de proporcionar corrent a la base que controla el corrent del col·lector. Quan proporcionem prou corrent a la base, el BJT entra en mode de saturació i el corrent flueix del col·lector a l’emissor. Aquest corrent del col·lector és directament proporcional al corrent base. La proporció de corrent base i corrent de col·lector s’anomena guany de corrent del transistor que es denota com a beta (β). En el transistor BJT típic, el guany de corrent és limitat en funció de l'especificació del transistor. Però, en alguns casos, l'aplicació necessita més guanys actuals que un sol transistor BJT no podria proporcionar. ElEl parell Darlington és perfecte per a l’aplicació on es necessita un guany de corrent elevat.
Configuració creuada:
Tanmateix, la configuració que es mostra a la imatge anterior utilitza dos PNP o dos NPN, hi ha una altra configuració de Darlington o també hi ha una configuració creuada, on s’utilitza un PNP amb NPN o s’utilitza un NPN amb PNP. Aquest tipus de configuració creuada s’anomena configuració de parells Sziklai Darlington o configuració Push-Pull.
A la imatge anterior es mostren els parells de Sziklai Darlington. Aquesta configuració produeix menys calor i té avantatges pel que fa al temps de resposta. En parlarem més endavant. S'utilitza per a amplificadors de classe AB o on es necessiten topologies Push-Pull.
A continuació, es mostren alguns projectes on hem utilitzat els transistors de Darlington:
- Generació de tons tocant els dits amb Arduino
- Circuit senzill de detecció de mentides mitjançant transistors
- Circuit de transmissor IR de llarg abast
- Robot de seguiment de línia que utilitza Arduino
Càlcul del guany de corrent de parells de transistors de Darlington:
A la imatge següent podem veure dos transistors PNP o dos transistors NPN connectats entre si.
El guany actual actual de la parella Darlington serà
Guany de corrent (hFE) = Primer guany de transistor (hFE 1) * Segon guany de transistor (hFE 2)
A la imatge anterior, dos transistors NPN van crear una configuració Darlington de NPN. Els dos transistors NPN T1 i T2 es connecten junts en un ordre on es connecten els col·lectors de T1 i T2. El primer transistor T1 que proporciona el corrent de base requerit (IB2) a la base del segon transistor T2. Per tant, el corrent de base IB1, que controla el T1, controla el flux de corrent a la base de T2.
Per tant, s’aconsegueix el guany de corrent total (β) quan el corrent del col·lector és
β * IB com hFE = fFE 1 * hFE 2
Com que el col·lector de dos transistors està connectat, corrent total del col·lector (IC) = IC1 + IC2
Ara, com s’ha comentat anteriorment, obtenim el corrent del col·lector β * IB 1
En aquesta situació, el guany actual és superior o superior a la unitat.
Vegem com el guany actual és la multiplicació del guany actual dels dos transistors.
IB2 està controlat pel corrent emissor de T1, que és IE1. IE1 està connectat directament a través de T2. Per tant, IB2 i IE1 són iguals.
IB2 = IE1.
Podem canviar aquesta relació encara més
IC 1 + IB 1
Canviant l’IC1 tal com hem fet anteriorment, ho aconseguim
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Ara, com abans, ho hem vist
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 o 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 }
Per tant, l’IC total del corrent del col·lector és un guany combinacional de guany de transistors individuals.
Exemple de transistor de Darlington:
A 60W càrrega amb 15V necessitats de tensió d'entrada per commutar a través de dos transistors NPN, la creació d'un parell Darlington. El primer guany del transistor serà de 30 i el segon guany del transistor serà de 95. Calcularem el corrent base per canviar la càrrega.
Com sabem, quan s’encendrà la càrrega, el corrent del col·lector serà el corrent de càrrega. Segons la llei de potència, el corrent del col·lector (IC) o el corrent de càrrega (IL) seran
I L = I C = Potència / Voltatge = 60/15 = 4Amps
Com que el guany de corrent base per al primer transistor serà de 30 i per al segon transistor serà de 95 (β1 = 30 i β2 = 95) podem calcular el corrent de base amb la següent equació:
Per tant, si apliquem 1.3mA de corrent a través de la primera base de l'transistor, la càrrega canviarà " A " i si apliquem 0 mA actual o fonamentats la base de la càrrega serà commutada " OFF ".
Aplicació del transistor Darlington:
L'aplicació del transistor Darlington és la mateixa que el transistor BJT normal.
A la imatge anterior s’utilitza el transistor Darlington NPN per canviar la càrrega. La càrrega pot ser des de càrregues inductives o resistives. La resistència de base R1 proporciona el corrent de base al transistor Darlington de NPN. La resistència R2 és limitar el corrent a la càrrega. És aplicable per a càrregues específiques que necessiten limitació de corrent en funcionament estable. Com l'exemple suggereix que el corrent base es requereix molt baix, es pot canviar fàcilment des d'unitats de lògica digital o de microcontrolador. Però quan el parell de Darlington es troba en una regió saturada o completament en condicions, hi ha caiguda de tensió a la base i a l’emissor. És un desavantatge principal per a un parell de Darlington. Les caigudes de tensió oscil·len entre.3V i 1.2v. A causa d'aquesta caiguda de tensió, el transistor Darlington s'escalfa quan està en mode completament encès i subministra corrent a la càrrega. A més, a causa de la configuració, la segona resistència està activada per la primera resistència, el transistor de Darlington produeix un temps de resposta més lent. En aquest cas, la configuració de Sziklai proporciona avantatges sobre el temps de resposta i el rendiment tèrmic.
Un transistor Darlington NPN popular és el BC517.
Segons el full de dades de BC517, el gràfic anterior proporciona un guany de corrent continu de BC517. Tres corbes de menor a superior respectivament proporcionen informació sobre la temperatura ambiental. Si veiem la corba de temperatura ambiental de 25 graus, el guany de corrent continu és màxim quan el corrent del col·lector és d’uns 150 mA.
Què és un transistor Darlington idèntic?
El transistor Darlington idèntic té dos parells idèntics amb exactament la mateixa especificació amb el mateix guany de corrent per a cadascun. Això significa que el guany de corrent del primer transistor β1 és el mateix que el guany de corrent de segon transistor β2.
Utilitzant la fórmula actual del col·lector, el guany actual del transistor idèntic serà:
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
El guany actual serà molt superior. Els exemples de parells NPN Darlington són TIP120, TIP121, TIP122, BC517 i els exemples de parells Darlington de PNP són BC516, BC878 i TIP125.
CI de transistors de Darlington:
El parell Darlington permet als usuaris conduir més aplicacions d’energia per pocs miliampers de font de corrent des de micro controlador o fonts de baix corrent.
ULN2003 és un xip àmpliament utilitzat en electrònica que proporciona matrius de Darlington de gran corrent amb set sortides de col·lector obert. La família ULN està formada per ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, tres variants diferents en múltiples opcions de paquet. L' ULN2003 és una variant àmpliament utilitzada a la sèrie ULN. Aquest dispositiu inclou díodes de supressió dins del circuit integrat, que és una característica addicional per conduir la càrrega inductiva mitjançant aquest.
Aquesta és l’estructura interna de l’IC ULN2003. És un paquet de 16 pins. Com podem veure, el pin d'entrada i sortida són exactament oposats, per la qual cosa és més fàcil connectar l'IC i fer més senzill el disseny del PCB.
Hi ha set passadors de col·lector oberts disponibles. També hi ha disponible un pin addicional que és útil per a aplicacions relacionades amb la càrrega inductiva, poden ser motors, solenoides, relés, que necessiten díodes de roda lliure, podem establir la connexió mitjançant aquest pin.
Els pins d'entrada són compatibles per utilitzar-los amb TTL o CMOS, a l'altra banda els pins de sortida són capaços d'enfonsar corrents elevats. Segons el full de dades, els parells de Darlington són capaços d’enfonsar 500 mA de corrent i poden tolerar 600 mA de corrent pic.
A la imatge superior es mostra la connexió de matriu Darlington real per a cada controlador. S'utilitza en set pilots, cada pilot consta d'aquest circuit.
Quan els pins d'entrada d' ULN2003, del pin 1 al pin 7, es proporcionen amb High, la sortida serà baixa i s'enfonsarà corrent a través d'ell. I quan proporcionem un pin d'entrada baix, la sortida estarà en estat d'impedància alta i no s'enfonsarà actualment. El passador 9 s’utilitza per al díode de roda lliure; sempre s’ha de connectar al VCC quan es commuta qualsevol càrrega inductiva mitjançant la sèrie ULN. També podem conduir aplicacions més actuals en paral·lel entre dues entrades i sortides de parells, com ara que podem connectar el pin 1 amb el pin 2 i, d'altra banda, connectar el pin 16 i 15. i paral·lelament dos parells de Darlington per conduir càrregues de corrent més altes.
ULN2003 també s'utilitza per conduir motors pas a pas amb microcontroladors.
Canvi d'un motor mitjançant ULN2003 IC:
En aquest vídeo, el motor està connectat a través d'un pin de sortida de col·lector obert; d'altra banda, l'entrada, proporcionem un corrent aproximat de 500 nA (.5mA) i controlem 380mA de corrent a través del motor. És així com una petita quantitat de corrent base pot controlar un corrent de col·lector molt més alt en el transistor Darlington.
A més, a mesura que s’utilitza Motor , el pin 9 es connecta a través de VCC per proporcionar protecció de roda lliure.
La resistència proporciona una pujada baixa, cosa que fa que l’entrada sigui BAIXA quan no prové cap flux de corrent de la font, cosa que fa que la sortida tingui una impedància elevada aturant el motor. El contrari passarà quan s'apliqui corrent addicional al pin d'entrada.