Darlington transistor là gì : được phát minh vào năm 1953, bởi một kỹ sư điện và nhà phát minh người Mỹ, Sidney Darlington.
Tài Full File Điện Tử Cơ Bản
Darlington transistor sử dụng hai bóng bán dẫn BJT ( bóng bán dẫn lưỡng cực) tiêu chuẩn được kết nối với nhau. Darlington transistor được kết nối trong một cấu hình trong đó một trong những Cực E của bóng bán dẫn này cung cấp dòng điện phân cực cho Cực B của bóng bán dẫn kia.
Darlington transistor là gì và cấu tạo của nó:
Nếu chúng ta nhìn thấy biểu tượng của Darlington Transistor, chúng ta có thể thấy rõ ràng hai bóng bán dẫn được kết nối như thế nào. Trong các hình ảnh dưới đây, hai loại bóng bán dẫn Darlington được hiển thị. Ở phía bên trái là NPN Darlington và ở phía bên kia là PNP Darlington . Chúng ta có thể thấy NPN Darlington bao gồm hai bóng bán dẫn NPN và PNP Darlington bao gồm hai bóng bán dẫn PNP. Cực C của bóng bán dẫn đầu tiên được kết nối trực tiếp với cực B của bóng bán dẫn khác. Cấu hình này được sử dụng cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP Darlington. Trong cấu hình này, cặp hoặc bóng bán dẫn Darlington tạo ra độ lợi cao hơn nhiều và khả năng khuếch đại lớn.
Một bóng bán dẫn BJT bình thường ( NPN hoặc PNP ) có thể hoạt động giữa hai trạng thái, BẬT và TẮT . Chúng ta cần cung cấp dòng điện cho cực B để điều khiển dòng điện emitter . Khi chúng tôi cung cấp đủ dòng điện cho Cực B, BJT đi vào chế độ bão hòa và dòng điện chạy từ Cực E đến cực C. Dòng điện cực C này tỷ lệ thuận với dòng điện cực B . Tỷ số giữa dòng điện cực B và dòng điện cực thu được gọi là độ lợi dòng điện của bóng bán dẫn được ký hiệu là Beta ( β). Trong bóng bán dẫn BJT điển hình, độ lợi dòng điện bị giới hạn tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của bóng bán dẫn. Nhưng trong một số trường hợp, ứng dụng cần thêm dòng điện mà một bóng bán dẫn BJT đơn lẻ không thể cung cấp. Darlington transistor là lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng mà cần tăng cao độ lợi dòng điện.
Cấu hình chéo:
Tuy nhiên, cấu hình hiển thị trong hình trên, sử dụng hai PNP hoặc hai NPN, cũng có cấu hình Darlington khác hoặc cấu hình chéo như hình bên dưới, trong đó PNP được sử dụng với NPN hoặc NPN được sử dụng với PNP. Loại cấu hình chéo này được gọi là cấu hình cặp Sziklai Darlington hoặc cấu hình Push-Pull .
Trong hình trên, các cặp Sziklai Darlington được thể hiện. Cấu hình này tạo ra ít nhiệt hơn và có lợi thế về thời gian đáp ứng . Chúng ta sẽ thảo luận về nó sau. Nó được sử dụng cho bộ khuếch đại lớp AB hoặc những nơi cần cấu trúc liên kết Push-Pull.
Tính toán độ lợi dòng điện của Darlington transistor là gì
Trong hình ảnh dưới đây, chúng ta có thể thấy hai PNP hoặc hai bóng bán dẫn NPN được kết nối với nhau.
Mức tăng tổng thể độ lợi dòng điện của Darlington transistor sẽ là :
Độ lợi dòng điện (hFE) = Độ lợi bóng bán dẫn đầu tiên (hFE 1 ) * Độ lợi bóng bán dẫn thứ hai (hFE 2 )
Trong hình trên, hai bóng bán dẫn NPN đã tạo ra cấu hình NPN Darlington. Hai bóng bán dẫn NPN T1 và T2 được nối với nhau theo thứ tự trong đó, các cực E của T1 và T2 được nối với nhau. Bóng bán dẫn đầu tiên T1 cung cấp dòng điện cần thiết (IB2) cho bóng bán dẫn thứ hai T2 ‘.
Vì vậy, tổng độ lợi dòng điện ( β ) đạt được, khi dòng thu là
β * IB hay hFE = fFE1 * hFE2
Khi hai cực E của bóng bán dẫn được kết nối với nhau, Tổng dòng Cực C (IC) = IC1 + IC2
Bây giờ như đã thảo luận ở trên, chúng ta nhận được dòng điện của Collector β * IB 1
Trong tình huống này, độ lợi dòng điện là 1 hoặc lớn hơn một .
Hãy xem cách độ lợi dòng điện là nhân độ lợi dòng điện của hai bóng bán dẫn .
IB2 được điều khiển bởi dòng cực E của T1 , là IE1 . IE1 được kết nối trực tiếp qua T2 . Vì vậy, IB2 và IE1 giống nhau.
IB2 = IE1 .
Chúng ta có thể thay đổi mối quan hệ này hơn nữa với
IC 1 + IB 1
Thay đổi IC1 như chúng tôi đã làm trước đây, chúng tôi nhận được
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Bây giờ như trước đây, chúng ta đã thấy rằng
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2
As, IB2 hoặc 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 }Vì vậy, tổng dòng điện cực góp của IC là độ lợi tổ hợp của độ lợi bóng bán dẫn riêng lẻ.
Ví dụ về transistor Darlington:
Cần chuyển đổi tải 60W với điện áp đầu vào 15V bằng hai bóng bán dẫn NPN, tạo ra một cặp Darlington. Độ lợi của bóng bán dẫn đầu tiên sẽ là 30 và độ lợi của bóng bán dẫn thứ hai sẽ là 95 . Chúng tôi sẽ tính toán dòng điện cơ bản để chuyển tải.
Như chúng ta biết, khi tải sẽ được bật, dòng thu sẽ là dòng tải . Theo luật công suất, dòng thu (IC) hoặc dòng tải (IL) sẽ là
I L = I C = Power / Voltage = 60/15 = 4Amps
Vì độ lợi dòng điện cơ bản đối với bóng bán dẫn đầu tiên sẽ là 30 và đối với bóng bán dẫn thứ hai sẽ là 95 (β1 = 30 và β2 = 95), chúng ta có thể tính dòng điện cơ bản theo phương trình sau:
Vì vậy, nếu chúng ta áp dụng dòng điện 1,3mA trên đế bóng bán dẫn đầu tiên, Tải sẽ chuyển “ BẬT ” và nếu chúng ta áp dụng dòng điện 0 mA hoặc nối đất , tải sẽ chuyển sang “ TẮT ”.
Ứng dụng bóng bán dẫn Darlington:
Ứng dụng của bóng bán dẫn Darlington cũng giống như bóng bán dẫn BJT bình thường.
Trong hình trên, bóng bán dẫn NPN Darlington được sử dụng để chuyển tải. Tải có thể là bất kỳ thứ gì từ tải cảm ứng hoặc tải điện trở. Điện trở R1 đang cung cấp dòng điện cực B cho bóng bán dẫn NPN Darlington. Điện trở R2 là để hạn chế dòng điện cho tải. Nó áp dụng cho các tải cụ thể cần giới hạn dòng điện trong hoạt động ổn định. Như ví dụ cho thấy rằng dòng điện cực B yêu cầu rất thấp, nó có thể được chuyển từ các đơn vị Vi điều khiển hoặc Lôgic kỹ thuật số một cách dễ dàng. Nhưng khi Darlington transistor ở trong vùng bão hòa hoặc trong điều kiện dẫn hoàn toàn, có sự sụt giảm điện áp trên Cực B và cực E. Đó là một bất lợi chính của Darlington transistor. Điện áp rơi vào khoảng từ .3V đến 1.2v. Do sự sụt giảm điện áp này, bóng bán dẫn Darlington trở nên nóng hơn khi ở chế độ bật hoàn toàn và cung cấp dòng điện cho tải. Ngoài ra, do cấu hình mà điện trở thứ hai được bật bởi điện trở thứ nhất, Transistor Darlington tạo ra thời gian đáp ứng chậm hơn . Trong trường hợp này, cấu hình Sziklai mang lại lợi thế về thời gian đáp ứng và hiệu suất nhiệt.
Một bóng bán dẫn NPN Darlington phổ biến là BC517 .
Theo biểu dữ liệu của BC517 , biểu đồ trên cung cấp độ lợi dòng DC của BC517. Ba đường cong lần lượt từ thấp hơn đến cao hơn cung cấp thông tin về nhiệt độ môi trường . Nếu chúng ta nhìn thấy đường cong nhiệt độ môi trường 25 độ , thì dòng điện một chiều đạt được là tối đa khi dòng điện thu là khoảng 150mA .
Transistor Darlington giống hệt nhau là gì?
Transistor Darlington giống hệt nhau có hai cặp giống hệt nhau với đặc điểm kỹ thuật chính xác giống nhau với cùng mức tăng dòng điện cho mỗi cặp. Điều đó có nghĩa là độ lợi dòng điện của bóng bán dẫn thứ nhất β1 cũng giống như độ lợi dòng điện của bóng bán dẫn thứ hai β2.
Sử dụng công thức dòng điện cực C, độ lợi dòng của Transistor giống nhau sẽ là-
IC = {{ β 1 + ( β2 * β1 ) + β 2} * IB}
IC = {{ β 1 + ( β2 * β1 ) + β 1} * IB}
β 2 = IB / ICĐộ lợi dòng sẽ cao hơn nhiều. Ví dụ về cặp NPN Darlington là TIP120, TIP121, TIP122, BC517 và ví dụ về cặp PNP Darlington là BC516, BC878 và TIP125.
IC Darlington transistor:
Darlington Transistor cho phép người dùng điều khiển các ứng dụng năng lượng hơn bằng vài miliamp nguồn dòng từ bộ điều khiển hoặc các nguồn dòng thấp.
ULN2003 là một chip được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử cung cấp Darlington với dòng điện cao và bảy đầu ra cực C mở. Họ ULN bao gồm ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A.ULN2003 được sử dụng rộng rãi IC này bao gồm các điốt triệt điện áp bên trong mạch tích hợp, là một tính năng bổ sung để điều khiển tải cảm ứng.
Đây là cấu trúc bên trong của IC ULN2003. Nó là loại 16 pin . Như chúng ta có thể thấy chân đầu vào và đầu ra hoàn toàn trái ngược nhau, do đó, việc kết nối IC dễ dàng hơn và thiết kế PCB đơn giản hơn.
Có bảy chân Emitter – open có sẵn. Một chân bổ sung cũng có sẵn rất hữu ích cho ứng dụng liên quan đến tải cảm ứng, nó có thể là động cơ, cáp điện, rơ le, điốt tự do, chúng ta có thể thực hiện kết nối bằng chân đó.
Các chân đầu vào tương thích để sử dụng với TTL hoặc CMOS , ở mặt khác, các chân đầu ra có khả năng chìm dòng cao. Theo biểu dữ liệu, các cặp Darlington có khả năng chìm dòng điện 500mA và có thể chịu được dòng điện cực đại 600mA .
Trong hình trên, các kết nối Darlington thực tế được hiển thị cho mỗi trình điều khiển. Nó được sử dụng trong bảy trình điều khiển, mỗi trình điều khiển bao gồm mạch này.
Khi các chân đầu vào của ULN2003 , từ chân 1 đến chân 7, được cung cấp mức Cao, đầu ra sẽ ở mức thấp và nó sẽ làm chìm dòng điện qua đó. Và khi chúng tôi cung cấp chân đầu vào Thấp, đầu ra sẽ ở trạng thái trở kháng cao và nó sẽ không chìm dòng điện. Các pin 9 được sử dụng cho diode freewheel ; nó phải luôn được kết nối với VCC , khi chuyển đổi bất kỳ tải cảm ứng nào sử dụng dòng ULN . Chúng tôi cũng có thể thúc đẩy nhiều ứng dụng dòng điện hơn bằng cách kết nối song song hai đầu vào và đầu ra của cặp đôi, giống như chúng ta có thể kết nối chân 1 với chân 2 và mặt khác có thể kết nối chân 16 và 15 và song song hai cặp Darlington để truyền tải dòng điện cao hơn.
ULN2003 cũng được sử dụng để điều khiển động cơ bước với Bộ vi điều khiển .
Chuyển đổi động cơ sử dụng IC ULN2003:
Động cơ được kết nối qua một chân đầu ra emitter-open, mặt khác, đầu vào, chúng tôi đang cung cấp dòng điện khoảng 500nA (0,5mA) và kiểm soát dòng điện 380mA trên động cơ. Đây là cách một lượng nhỏ dòng điện Ib có thể kiểm soát dòng điện cực thu Ic cao hơn nhiều trong Transistor Darlington.
Ngoài ra, như động cơ được sử dụng, các pin 9 được kết nối qua VCC để cung cấp bảo vệ .
Điện trở kéo lên , làm cho đầu vào THẤP khi không có dòng điện chạy từ nguồn, làm cho trở kháng đầu ra cao dừng động cơ. Ngược lại sẽ xảy ra khi dòng điện bổ sung được áp dụng qua chân đầu vào.
