- Darlington-transistorpaar en zijn configuratie:
- Berekening van de huidige versterking van het Darlington-transistorpaar:
- Voorbeeld van een Darlington-transistor:
- Darlington Transistor Toepassing:
- Wat is een identieke Darlington-transistor?
- Darlington-transistor IC:
- Een motor schakelen met ULN2003 IC:
De Darlington-transistor is uitgevonden in 1953 door een Amerikaanse elektrotechnisch ingenieur en uitvinder, Sidney Darlington.
Darlington-transistor gebruikt twee standaard BJT-transistors (bipolaire junctie-transistor) die met elkaar zijn verbonden. Darlington-transistor verbonden in een configuratie waarbij een van de emitters van de transistor een voorgespannen stroom levert aan de basis van de andere transistor.
Darlington-transistorpaar en zijn configuratie:
Als we het symbool van de Darlington-transistor zien, kunnen we duidelijk zien hoe twee transistors zijn verbonden. In de onderstaande afbeeldingen worden twee typen Darlington-transistors getoond. Aan de linkerkant is het NPN Darlington en aan de andere kant is het PNP Darlington. We kunnen zien dat NPN Darlington twee NPN-transistors bevat, en PNP Darlington twee PNP-transistors. De emitter van de eerste transistor is direct verbonden met de basis van de andere transistor, ook de collector van de twee transistors is met elkaar verbonden. Deze configuratie wordt gebruikt voor zowel NPN- als PNP-Darlington-transistors. In deze configuratie produceert het paar of de Darlington-transistor een veel hogere versterking en grotere versterkingsmogelijkheden.
Een normale BJT-transistor (NPN of PNP) kan werken tussen twee toestanden, AAN en UIT. We moeten stroom leveren aan de basis die de collectorstroom regelt. Wanneer we voldoende stroom aan de basis leveren, komt de BJT in verzadigingsmodus en stroomt de stroom van collector naar emitter. Deze collectorstroom is recht evenredig met de basisstroom. De verhouding van basisstroom en de collectorstroom wordt transistor stroomversterking die wordt aangeduid als beta (β). Bij een typische BJT-transistor is de stroomversterking beperkt, afhankelijk van de specificatie van de transistor. Maar in sommige gevallen heeft de applicatie meer stroomversterking nodig dan een enkele BJT-transistor niet kan bieden. DeDarlington-paar is perfect voor de toepassing waar een hoge stroomversterking nodig is.
Kruisconfiguratie:
De configuratie die in de bovenstaande afbeelding wordt getoond, maakt echter gebruik van twee PNP's of twee NPN, er is een andere Darlington-configuratie of de kruisconfiguratie is ook beschikbaar, waarbij een PNP wordt gebruikt met NPN, of een NPN wordt gebruikt met PNP. Dit type kruisconfiguratie wordt Sziklai Darlington-paarconfiguratie of Push-Pull- configuratie genoemd.
In de bovenstaande afbeelding worden de Sziklai Darlington- paren getoond. Deze configuratie produceert minder warmte en heeft voordelen op het gebied van reactietijd. We zullen er later over praten. Het wordt gebruikt voor klasse AB-versterker of waar de Push-Pull-topologieën nodig zijn.
Hier zijn enkele projecten waarbij we de Darlington-transistors hebben gebruikt:
- Tonen genereren door op vingers te tikken met Arduino
- Eenvoudig leugendetectorcircuit met transistors
- Lange afstand IR-zendercircuit
- Line Follower Robot met Arduino
Berekening van de huidige versterking van het Darlington-transistorpaar:
In de onderstaande afbeelding kunnen we zien dat twee PNP- of twee NPN-transistors met elkaar zijn verbonden.
De totale huidige winst van het Darlington-paar zal
Stroomversterking (hFE) = eerste transistorversterking (hFE 1) * Tweede transistorversterking (hFE 2)
In de bovenstaande afbeelding creëerden twee NPN-transistors een NPN Darlington-configuratie. De twee NPN-transistoren T1 en T2 zijn met elkaar verbonden in een volgorde waarin de collectoren van T1 en T2 zijn aangesloten. De eerste transistor T1 levert de vereiste basisstroom (IB2) aan de basis van de tweede transistor T2. Dus de basisstroom IB1, die de T1 bestuurt, regelt de stroom op de basis van T2.
Dus de totale stroomversterking (β) wordt bereikt, wanneer de collectorstroom is
β * IB als hFE = fFE 1 * hFE 2
Aangezien twee transistorscollector met elkaar zijn verbonden, is Total Collector current (IC) = IC1 + IC2
Zoals hierboven besproken, krijgen we de Collectorstroom β * IB 1
In deze situatie is de huidige winst één of meer dan één.
Laten we eens kijken hoe de huidige winst de vermenigvuldiging is van de huidige versterking van de twee transistoren.
IB2 wordt bestuurd door de emitterstroom van T1, dat is IE1. IE1 is rechtstreeks verbonden via T2. Dus IB2 en IE1 zijn hetzelfde.
IB2 = IE1.
We kunnen deze relatie verder veranderen met
IC 1 + IB 1
Het veranderen van de IC1 zoals we eerder deden, krijgen we
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Nu hebben we dat, net als voorheen, gezien
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 of 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 }
De totale collectorstroom-IC is dus een combinatieversterking van individuele transistorsversterking.
Voorbeeld van een Darlington-transistor:
Een belasting van 60W met een ingangsspanning van 15V moet worden geschakeld met behulp van twee NPN-transistors, waardoor een Darlington-paar ontstaat. De eerste transistorversterking is 30 en de tweede transistorversterking 95. We berekenen de basisstroom voor het schakelen van de belasting.
Zoals we weten, is de collectorstroom de belastingsstroom wanneer de belasting wordt ingeschakeld. Volgens de machtswet zal de collectorstroom (IC) of de laadstroom (IL) zijn
I L = IK C = Vermogen / spanning = 60/15 = 4 Ampère
Omdat de basisstroomversterking voor de eerste transistor 30 zal zijn en voor de tweede transistor 95 (β1 = 30 en β2 = 95), kunnen we de basisstroom berekenen met de volgende vergelijking -
Dus als we 1,3 mA stroom toepassen over de eerste transistorbasis, zal de belasting " AAN " schakelen en als we 0 mA stroom toepassen of de basis aarden, wordt de belasting " UIT " geschakeld.
Darlington Transistor Toepassing:
De toepassing van een Darlington-transistor is hetzelfde als een normale BJT-transistor.
In de bovenstaande afbeelding wordt de NPN Darlington-transistor gebruikt voor het schakelen van de belasting. De belasting kan van alles zijn, van inductieve of resistieve belasting. De basisweerstand R1 levert de basisstroom aan de NPN Darlington-transistor. De R2-weerstand is om de stroom te beperken tot de belasting. Het is toepasbaar voor specifieke belastingen die stroombeperking vereisen bij stabiele werking. Aangezien het voorbeeld suggereert dat de basisstroom erg laag vereist, kan deze eenvoudig worden omgeschakeld van microcontroller- of digitale logica-eenheden. Maar wanneer het Darlington-paar zich in een verzadigd gebied of volledig in conditie bevindt, is er een spanningsval over de basis en de emitter. Het is een groot nadeel voor een Darlington-paar. De spanningsdalingen variëren van.3V tot 1.2V. Door deze spanningsval wordt de Darlington-transistor heter wanneer deze volledig aan staat en stroom levert aan de belasting. Vanwege de configuratie wordt de tweede weerstand ook ingeschakeld door de eerste weerstand, waardoor de Darlington-transistor een langzamere responstijd produceert. In dat geval biedt de Sziklai-configuratie een voordeel ten opzichte van de responstijd en thermische prestaties.
Een populaire NPN Darlington-transistor is BC517.
Volgens het gegevensblad van BC517 biedt de bovenstaande grafiek DC-stroomversterking van BC517. Drie curven van respectievelijk lager naar hoger geven informatie over de omgevingstemperatuur. Als we de omgevingstemperatuurcurve van 25 graden zien, is de DC-stroomversterking maximaal wanneer de collectorstroom ongeveer 150 mA is.
Wat is een identieke Darlington-transistor?
Identieke Darlington-transistor heeft twee identieke paren met exact dezelfde specificatie met dezelfde stroomversterking voor elk. Dat betekent dat de stroomversterking van de eerste transistor β1 hetzelfde is als de stroomversterking van de tweede transistor β2.
Met behulp van de collectorstroomformule zal de stroomversterking van de identieke transistor
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
De huidige winst zal veel hoger zijn. Voorbeelden van NPN Darlington-paar zijn TIP120, TIP121, TIP122, BC517 en PNP Darlington-paarvoorbeelden zijn BC516, BC878 en TIP125.
Darlington-transistor IC:
Met het Darlington-paar kunnen gebruikers meer stroomtoepassingen aansturen met een stroombron van een paar milliampère van een microcontroller of bronnen met een lage stroomsterkte.
ULN2003 is een chip die veel wordt gebruikt in de elektronica en die Darlington-arrays met hoge stroomsterkte levert met zeven open-collectoruitgangen. De ULN-familie bestaat uit ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, drie verschillende varianten in meerdere pakketopties. De ULN2003 is een veel gebruikte variant in de ULN-serie. Dit apparaat bevat onderdrukkingsdiodes in het geïntegreerde circuit, wat een extra functie is om hiermee inductieve belasting aan te sturen.
Dit is de interne structuur van de ULN2003 IC. Het is een 16- pins dip-pakket. Zoals we kunnen zien, zijn de invoer- en uitvoerpen precies tegenovergesteld, hierdoor is het gemakkelijker om de IC aan te sluiten en het PCB-ontwerp eenvoudiger te maken.
Er zijn zeven open collectorpinnen beschikbaar. Er is ook een extra pin beschikbaar die handig is voor inductieve belastinggerelateerde toepassingen, het kunnen motoren, solenoïden, relais zijn, waarvoor vrijloopdiodes nodig zijn, we kunnen de verbinding maken met die pin.
De ingangspennen zijn compatibel voor gebruik met TTL of CMOS, aan de andere kant kunnen de uitgangspennen hoge stromen opvangen. Volgens het gegevensblad zijn de Darlington-paren in staat om 500mA stroom te laten zinken en kunnen ze 600mA piekstroom verdragen.
In de bovenste afbeelding wordt de daadwerkelijke Darlington-array-verbinding voor elke driver weergegeven. Het wordt gebruikt in zeven drivers, elke driver bestaat uit dit circuit.
Wanneer de inputpinnen van ULN2003, van pin 1 tot pin 7, zijn voorzien van High, zal de output laag zijn en zal er stroom doorheen zinken. En wanneer we een lage ingangspen leveren, bevindt de uitgang zich in een hoge impedantietoestand en zal deze geen stroom laten zinken. De pin 9 wordt gebruikt voor vrijloopdiode; het moet altijd op de VCC worden aangesloten bij het schakelen van inductieve belastingen met behulp van de ULN- serie. We kunnen ook meer actuele toepassingen aansturen door de ingangen en uitgangen van twee paren parallel te schakelen, zoals we pin 1 kunnen verbinden met pin 2 en aan de andere kant pin 16 en 15 kunnen verbinden en parallel twee Darlington-paren voor het aandrijven van hogere stroombelastingen.
ULN2003 wordt ook gebruikt om stappenmotoren met microcontrollers aan te drijven.
Een motor schakelen met ULN2003 IC:
In deze video is de motor verbonden via een open-collectoruitgangspen, aan de andere kant leveren we ongeveer 500nA (0,5mA) stroom en regelen we 380mA stroom over de motor. Dit is hoe een kleine hoeveelheid basisstroom een veel hogere collectorstroom in Darlington Transistor kan regelen.
Ook, zoals motor wordt gebruikt, de pen 9 is over VCC te voorzien freewheelen bescherming.
De weerstand zorgt voor een lage pull-up, waardoor de ingang LAAG wordt als er geen stroom uit de bron komt, waardoor de hoge impedantie van de uitgang de motor stopt. Het omgekeerde gebeurt wanneer er extra stroom wordt aangelegd over de ingangspen.