- Darlingtonski tranzistorski par in njegova konfiguracija:
- Izračun ojačenja trenutnega para tranzistorja v Darlingtonu:
- Primer tranzistorja iz Darlingtona:
- Darlingtonski tranzistor Uporaba:
- Kaj je enak tranzistor iz Darlingtona?
- Darlingtonski tranzistor IC:
- Preklop motorja s pomočjo ULN2003 IC:
Darlingtonski tranzistor je leta 1953 izumil ameriški inženir elektrotehnike in izumitelj Sidney Darlington.
Darlingtonov tranzistor uporablja dva standardna tranzistorja BJT (bi-polar junction tranzistor), ki sta povezana skupaj. Darlingtonov tranzistor je povezan v konfiguraciji, pri kateri eden od tranzistorjevih oddajnikov zagotavlja pristranski tok drugi bazi tranzistorja.
Darlingtonski tranzistorski par in njegova konfiguracija:
Če vidimo simbol Darlingtonovega tranzistorja, lahko jasno vidimo, kako sta povezana dva tranzistorja. Na spodnjih slikah sta prikazani dve vrsti Darlingtonovih tranzistorjev. Na levi strani je NPN Darlington, na drugi strani pa PNP Darlington. Vidimo lahko, da NPN Darlington sestavljata dva NPN tranzistorja, PNP Darlington pa dva PNP tranzistorja. Oddajnik prvega tranzistorja je neposredno povezan preko osnove drugega tranzistorja, prav tako je povezan kolektor obeh tranzistorjev. Ta konfiguracija se uporablja za tranzistorje NPN in PNP Darlington. V tej konfiguraciji par ali Darlingtonov tranzistor proizvede veliko večje ojačanje in velike ojačevalne zmogljivosti.
Običajni BJT tranzistor (NPN ali PNP) lahko deluje med dvema stanjem, ON in OFF. Na bazo, ki nadzoruje kolektorski tok, moramo zagotoviti tok. Ko osnovi zagotovimo dovolj toka, BJT preide v način nasičenja in tok teče od kolektorja do oddajnika. Ta kolektorski tok je neposredno sorazmeren z osnovnim tokom. Razmerje osnovnega toka in kolektorskega toka se imenuje tranzistorski tok, ki je označen kot Beta (β). Pri tipičnih BJT tranzistorjih je trenutni ojaček omejen, odvisno od specifikacije tranzistorja. Toda v nekaterih primerih aplikacija potrebuje več trenutnega dobička, kot ga ni mogel zagotoviti niti en tranzistor BJT. TheDarlingtonov par je kot nalašč za uporabo, kjer je potreben visok tok.
Navzkrižna konfiguracija:
Vendar pa konfiguracija, prikazana na zgornji sliki, uporablja bodisi dva PNP bodisi dva NPN, obstajajo tudi druge Darlingtonove konfiguracije ali pa je na voljo tudi navzkrižna konfiguracija, kjer se PNP uporablja z NPN ali NPN uporablja s PNP. Ta vrsta navzkrižne konfiguracije se imenuje konfiguracija para Sziklai Darlington ali konfiguracija Push-Pull.
Na zgornji sliki so prikazani pari Sziklai Darlington. Ta konfiguracija proizvaja manj toplote in ima prednosti glede odzivnega časa. O tem bomo razpravljali kasneje. Uporablja se za ojačevalnik razreda AB ali tam, kjer so potrebne topologije Push-Pull.
Tu je nekaj projektov, pri katerih smo uporabili Darlingtonove tranzistorje:
- Ustvarjanje tonov s tapkanjem prstov z uporabo Arduina
- Preprosto vezje detektorja laži z uporabo tranzistorjev
- Vezje IR oddajnika velikega dosega
- Robot sledilca linije, ki uporablja Arduino
Izračun ojačenja trenutnega para tranzistorja v Darlingtonu:
Na spodnji sliki lahko vidimo dva PNP ali dva NPN tranzistorja, ki sta povezana skupaj.
Skupni tok dobiček v Darlington par bo biti-
Tokovni dobiček (hFE) = Prvi tranzistorski dobiček (hFE 1) * Drugi tranzistorski dobiček (hFE 2)
Na zgornji sliki sta dva NPN tranzistorja ustvarila NPN Darlingtonovo konfiguracijo. Dva tranzistorja NPN T1 in T2 sta med seboj povezana v vrstnem redu, kjer sta kolektorja T1 in T2 povezana. Prvi tranzistor T1, ki zagotavlja potrebni osnovni tok (IB2) na dnu drugega tranzistorja T2. Torej, osnovni tok IB1, ki nadzoruje T1, nadzoruje tok toka na dnu T2.
Torej je skupni tok (β) dosežen, ko je kolektorski tok
β * IB kot hFE = fFE 1 * hFE 2
Ko sta dva tranzistorska kolektorja povezana skupaj, je skupni tok kolektorja (IC) = IC1 + IC2
Kot smo že omenili zgoraj, dobimo kolektorski tok β * IB 1
V tem primeru je trenutni dobiček enak ali večji od ena.
Poglejmo, kako je trenutni dobiček pomnožitev trenutnega ojačanja dveh tranzistorjev.
IB2 nadzoruje emiterski tok T1, ki je IE1. IE1 je neposredno povezan prek T2. Torej, IB2 in IE1 sta enaka.
IB2 = IE1.
Ta odnos lahko še spremenimo z
IC 1 + IB 1
Spreminjamo IC1, kot smo to storili prej
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Tako kot prej smo to že videli
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 ali 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 }
Torej, skupni kolektorski tok IC je kombinacijski dobiček posameznih tranzistorjev.
Primer tranzistorja iz Darlingtona:
60W obremenitve z 15V potrebami vhodna napetost, ki se vklopi z dvema NPN tranzistorjev, ki ustvarja Darlington par. Prvi Transistor dobiček bo 30 in drugi tranzistor dobiček bo 95. Izračunali bomo osnovni tok za preklop obremenitve.
Kot vemo, bo ob vklopu obremenitve tok kolektorja tok obremenitve. Kot je po zakonu napajanja, zbiralec tok (IC) ali bremenski tok (IL) bo
I L = I C = Moč / napetost = 60/15 = 4Amp
Ker bo osnovni tokovni dobiček za prvi tranzistor 30, za drugi tranzistor pa 95 (β1 = 30 in β2 = 95), lahko osnovni tok izračunamo z naslednjo enačbo -
Torej, če uporabimo 1,3 mA toka preko prvega tranzistorskega dna, se obremenitev vklopi " ON " in če uporabimo 0 mA toka ali ozemljimo bazo, se obremenitev izklopi " OFF ".
Darlingtonski tranzistor Uporaba:
Uporaba Darlingtonovega tranzistorja je enaka običajnemu tranzistorju BJT.
Na zgornji sliki se za preklapljanje bremena uporablja tranzistor NPN Darlington. Obremenitev je lahko od induktivne ali uporovne obremenitve. Osnovni upor R1 zagotavlja osnovni tok NPN Darlingtonovemu tranzistorju. Upor R2 naj omeji tok na obremenitev. Uporablja se za posebne obremenitve, ki pri stabilnem delovanju potrebujejo omejevanje toka. Kot kaže primer, da je osnovni tok zahteval zelo nizek, ga je mogoče enostavno preklopiti z mikrokrmilnika ali digitalne logične enote. Toda ko je par Darlington v nasičenem območju ali v celoti v stanju, pride do padca napetosti na dnu in oddajniku. To je glavna pomanjkljivost za darlingtonski par. Padec napetosti se giblje od.3V do 1.2v. Zaradi tega padca napetosti se Darlingtonov tranzistor segreje, ko je v celoti vklopljen in napaja tovor. Zaradi konfiguracije drugi upor vklopi prvi upor, Darlingtonov tranzistor povzroči počasnejši odzivni čas. V tem primeru Sziklaijeva konfiguracija zagotavlja prednost pred odzivnim časom in toplotnimi zmogljivostmi.
Priljubljen tranzistor NPN Darlington je BC517.
Kot je razvidno iz obrazca BC517, zgornji graf prikazuje enosmerni tok BC517. Tri krivulje od nižje do višje zagotavljajo informacije o temperaturi okolice. Če vidimo krivuljo temperature okolice 25 stopinj, je enosmerni tok največji, ko je kolektorski tok približno 150 mA.
Kaj je enak tranzistor iz Darlingtona?
Enak tranzistor Darlington ima dva enaka para s popolnoma enakimi specifikacijami z enakim trenutnim ojačanjem za vsakega. To pomeni, da je trenutni dobiček prvega tranzistorja β1 enak trenutnemu ojačanju β2 tranzistorjev .
Z uporabo formule kolektorskega toka bo trenutni dobiček enakega tranzistorja
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Trenutni dobiček bo veliko večji. Primeri parov NPN Darlington so TIP120, TIP121, TIP122, BC517 in PNP Primeri parov Darlington so BC516, BC878 in TIP125.
Darlingtonski tranzistor IC:
Par Darlington omogoča uporabnikom, da poganjajo več moči aplikacij za nekaj miliamperov tokovnega vira iz mikrokrmilnika ali virov nizkega toka.
ULN2003 je čip, ki se pogosto uporablja v elektroniki in zagotavlja močne Darlingtonove nize s sedmimi izhodnimi odprtimi kolektorji. Družino ULN sestavljajo ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, tri različne različice v več možnostih pakiranja. ULN2003 se pogosto uporablja varianto v ULN serije. Ta naprava vključuje dušilne diode znotraj integriranega vezja, kar je dodatna značilnost za pogon induktivne obremenitve s tem.
To je notranja struktura IC ULN2003. To je 16pin dip paket. Kot lahko vidimo, sta vhodni in izhodni zatič popolnoma nasprotna, zaradi česar je lažje povezati IC in narediti poenostavljeno oblikovanje PCB.
Na voljo je sedem odprtih kolektorskih zatičev. Na voljo je tudi en dodatni zatič, ki je koristen za uporabo z induktivno obremenitvijo, lahko so to motorji, solenoidi, releji, ki potrebujejo diode s prostim tekom, s tem zatičem lahko vzpostavimo povezavo.
Vhodni zatiči so združljivi za uporabo s TTL ali CMOS, na drugi strani pa so izhodni zatiči sposobni potopiti velike tokove. Kot je razvidno iz podatkovnega lista, lahko pari Darlington potonejo 500 mA toka in prenesejo 600 mA največjega toka.
Na zgornji sliki je za vsak gonilnik prikazana dejanska povezava Darlingtonovega polja. Uporablja se pri sedmih voznikih, vsak voznik je sestavljen iz tega vezja.
Ko so vhodni zatiči ULN2003, od zatiča 1 do zatiča 7, opremljeni z visoko, bo izhod nizek in bo skozenj potopil tok. In ko zagotovimo vhodni zatič z nizkim vhodom, bo izhod v stanju visoke impedance in ne bo potonil toka. Pin 9 se uporablja za verižnika diodo; vedno mora biti priključen na VCC, ko preklapljate katero koli induktivno obremenitev s pomočjo ULN serije. Tudi več trenutnih aplikacij lahko poganjamo tako, da vzporedimo vhode in izhode dveh parov, kot lahko pin 1 povežemo z pin 2, na drugi strani pa pin 16 in 15 in vzporedno dva Darlingtonova para za vožnjo večjih tokov.
ULN2003 se uporablja tudi za pogon koračnih motorjev z mikrokrmilniki.
Preklop motorja s pomočjo ULN2003 IC:
V tem videu je motor priključen preko odprtega kolektorja izhodni pin, na drugi strani pa je vhod, smo se zagotavlja približno 500nA (.5mA) toka in nadzor 380mA toka preko motorja. Tako lahko majhna količina osnovnega toka nadzoruje veliko višji kolektorski tok v Darlingtonovem tranzistorju.
Ko se motor uporablja, je zatič 9 povezan prek VCC, da zagotavlja zaščito pred prostim tekom.
Upor zagotavlja majhen vlek navzgor, zaradi česar je vhod LOW, ko iz vira ne prihaja tok, zaradi česar izhodna visoka impedanca ustavi motor. Obratno se bo zgodilo, ko bo na vhodni zatič doveden dodaten tok.