Darlingtona tranzistora aprēķini

Dārlingtonas tranzistors ir plaši pazīstams un populārs savienojums, izmantojot bipolārā tranzistora savienojuma tranzistora (BJT) pāri, kas paredzēts darbam kā vienots 'lielisks' tranzistors. Šajā diagrammā ir parādīta detalizēta informācija par savienojumu.

Definīcija

Dārlingtonas tranzistoru var definēt kā savienojumu starp diviem BJT, kas ļauj tiem izveidot vienu saliktu BJT, iegūstot ievērojamu strāvas pieauguma daudzumu, kas parasti var pārsniegt tūkstošus.

Šīs konfigurācijas galvenā priekšrocība ir tā, ka saliktais tranzistors darbojas kā viena ierīce ar uzlabotu pašreizējais pieaugums ekvivalents katra tranzistora strāvas pieauguma reizinājumam.

Ja Dārlingtonas savienojums sastāv no diviem atsevišķiem BJT ar strāvas pieaugumu β₁un β_diviapvienoto strāvas pieaugumu var aprēķināt, izmantojot formulu:

b_D= β₁b_divi-------- (12.7)

Ja Darlingtona savienojumā tiek izmantoti saskaņoti tranzistori, kas β₁= β_divi= β, iepriekšminētā pašreizējā pieauguma formula tiek vienkāršota kā:

b_D= β^divi-------- (12.8)

Iepakots Darlingtonas tranzistors

Sakarā ar milzīgo popularitāti, Darlingtonas tranzistori tiek ražoti un pieejami arī gatavi vienā iepakojumā, kurā divi BJT ir iekšēji pieslēgti kā viena vienība.

Šajā tabulā ir sniegta Darlingtona pāra parauga datu lapa vienā paketē.

Norādītais pašreizējais pieaugums ir tīrais ieguvums no diviem BJT. Iekārta ir aprīkota ar 3 standarta spailēm ārēji, proti, bāzi, izstarotāju, kolektoru.

Šāda veida iesaiņotajiem Darlingtonas tranzistoriem ir ārējas pazīmes, kas līdzīgas parastajam tranzistoram, taču tiem ir ļoti augsta un uzlabota strāvas pieauguma izeja, salīdzinot ar parastajiem atsevišķajiem tranzistoriem.

Kā DC novirzīt Darlingtonas tranzistora shēmu

Nākamajā attēlā parādīta izplatīta Darlingtonas shēma, izmantojot tranzistorus ar ļoti lielu strāvas pastiprinājumu β_D.

Šeit bāzes strāvu var aprēķināt, izmantojot formulu:

Es_B= V_DC- V_BE/ R_B+ β_DR_IS-------------- (12.9)

Lai gan tas var izskatīties līdzīgi vienādojums, ko parasti piemēro jebkuram regulāram BJT , vērtība β_Diepriekšminētajā vienādojumā būs ievērojami augstāks, un V_BEbūs salīdzinoši lielāks. Tas ir pierādīts arī iepriekšējā punktā sniegtajā datu lapas paraugā.

Tāpēc izstarotāja strāvu var aprēķināt šādi:

Es_IS= (β_D+ 1) Es_B≈ β_DEs_B-------------- (12.10)

Līdzstrāvas spriegums būs:

V_IS= Es_ISR_IS-------------- (12.11)

V_B= V_IS+ V_BE-------------- (12.12)

Atrisināts 1. piemērs

Pēc nākamajā attēlā sniegtajiem datiem aprēķiniet Darlingtonas ķēdes novirzes strāvas un spriegumus.

Risinājums : Piemērojot 12.9. Vienādojumu, bāzes strāvu nosaka šādi:

Es_B= 18 V - 1,6 V / 3,3 MΩ + 8000 (390Ω) ≈ 2,56 μA

Piemērojot Eq.12.10, izstarotāja strāvu var novērtēt kā:

Es_IS≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_C

Emitera līdzstrāvas spriegumu var aprēķināt, izmantojot vienādojumu 12.11, kā:

V_IS= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Visbeidzot kolektora spriegumu var novērtēt, izmantojot vienādojumu. 12.12, kā norādīts zemāk:

V_B= 8 V + 1,6 V = 9,6 V

Šajā piemērā barošanas spriegums pie Darlingtonas kolektora būs:
V_C= 18 V

Maiņstrāvas ekvivalents Darlingtonas ķēde

Zemāk redzamajā attēlā mēs varam redzēt a BJT izstarotājs-sekotājs ķēde savienota Darlingtonas režīmā. Pāra bāzes spaile ir savienota ar maiņstrāvas ievades signālu caur kondensatoru C1.

Caur kondensatoru C2 iegūtais maiņstrāvas izejas signāls ir saistīts ar ierīces emitētāja spaili.

Iepriekšminētās konfigurācijas simulācijas rezultāts ir parādīts nākamajā attēlā. Šeit var redzēt, kā Darlingtonas tranzistors ir aizstāts ar maiņstrāvas ekvivalentu ķēdi ar ieejas pretestību r _i un strāvas izejas avots ir attēlots kā b _D Es _b

Maiņstrāvas ieejas pretestību var aprēķināt, kā paskaidrots zemāk:

Ac bāzes strāva iet cauri r _i ir:

Es_b= V_i- V_vai/ r_i---------- (12.13)

Kopš
V_vai= (I_b+ β_DEs_b) R_IS---------- (12.14)

Ja mēs izmantojam ekvivalentu 12.13 ekvivalentā. 12.14 mēs saņemam:

Es_br_i= V_i- V_vai= V_i- Es_b(1 + β_D) R_IS

Iepriekš minētā risināšana V _i:

V_i= Es_b[r_i+ (1 + β_D) R_IS]

V_i/ Es_b= r_i+ β_DR_IS

Tagad, pārbaudot tranzistora bāzi, tā maiņstrāvas ieejas pretestību var novērtēt kā:

AR_i= R_B॥ r_i+ β_DR_IS---------- (12.15)

Atrisināts 2. piemērs

Tagad atrisināsim praktisku piemēru iepriekšminētajam maiņstrāvas ekvivalenta izstarotāja sekotāja dizainam:

Nosakiet ķēdes ieejas pretestību, ņemot vērā r _i = 5 kΩ

Piemērojot Eq.12.15, mēs atrisinām vienādojumu, kā norādīts zemāk:

AR_i= 3,3 MΩ॥ [5 kΩ + (8000) 390 Ω)] = 1,6 MΩ

Praktiskais dizains

Šeit ir praktisks Darlingtonas dizains, savienojot a 2N3055 jaudas tranzistors ar nelielu signāla BC547 tranzistoru.

Signāla ievades pusē tiek izmantots 100K rezistors, lai samazinātu strāvu līdz dažām milampām.

Parasti ar tik zemu strāvu pie pamatnes, 2N3055 viens pats nekad nevar apgaismot lielu strāvas slodzi, piemēram, 12 V 2 ampēru spuldzi. Tas ir tāpēc, ka 2N3055 pašreizējais pieaugums ir ļoti mazs, lai zemu bāzes strāvu pārstrādātu augstā kolektora strāvā.

Tomēr, tiklīdz vēl viens BJT, kas šeit ir BC547, ir savienots ar 2N3055 Darlingtonas pārī, vienotais strāvas pastiprinājums palielinās ļoti augstu vērtību un ļauj lampai mirgot pilnā spilgtumā.

Vidējais 2N3055 pašreizējais pieaugums (hFE) ir aptuveni 40, savukārt BC547 tas ir 400. Ja abus apvieno kā Darlingtona pāri, pastiprinājums ievērojami palielinās līdz 40 x 400 = 16000, vai ne. Tāda veida jaudu mēs varam iegūt no Darlingtonas tranzistora konfigurācijas, un parastā izskata tranzistoru varētu pārvērst par ļoti vērtētu ierīci tikai ar vienkāršu modifikāciju.