达林顿晶体管(达林顿对)

在本教程中,我们将学习达林顿晶体管或达林顿对。我们将看到达林顿对的用途,几个例子电路,一些常见的应用和优点和缺点。

达林顿晶体管介绍

达林顿晶体管或简单的达林顿对主要用于提供非常高的电流增益,即使在低基极电流。达林顿构型是由西德尼·达林顿于1953年发明的。

在当今的市场中,各种各样的达林顿晶体管可通过极性,集电极电流,功耗,封装类型,最大CE电压等而变化。

这些晶体管在不同类型的应用中找到,例如功率调节器,电机控制器,音频放大器等。许多光隔离电路由达林顿晶体管制成,以在输出级具有高电流容量。让我们简要介绍一个带有应用的晶体管。

达林顿晶体管
达林顿晶体管

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为什么我们使用达灵顿晶体管?

如我们所知,将晶体管驱动到导通模式,需要小基电流,当基座连接为输入时,发射极用作为输出作为常见和收集器。

但是,当我们考虑收集器端子处的负载时,该小碱基电流可能不足以将晶体管驱动到导通。晶体管的电流增益或β是集电器电流与基极电流的比率。

晶体管增益或电流增益(β)=负载或集电极电流/输入或基极电流

负载电流=电流增益(β) ×基电流

对于正常晶体管β值为100。

以上关系告诉推动负载的电流是晶体管输入电流的100倍。

考虑下面的图,其中NPN晶体管用于切换灯,其中可变电阻连接在源极和基座端子之间。这里,在该电路中,基极电流是确定电流通过收集器和发射器的电流的唯一因素,使得通过改变可变电阻器的电阻,光将从暗淡至非常明亮的光。

如果可变电阻的电阻值更大,则基极电流减小,因此晶体管变为OFF。当电阻太小时,足够的电流就会流过底座,从而产生一个非常大的电流流过灯泡,所以灯变得更亮。这是晶体管中的电流放大。

标准单晶硅开关
标准单晶硅开关

在上面的例子中,我们已经看到了使用单晶体管驱动负载(灯)。但在某些应用中,来自电源的输入基极电流可能不足以驱动负载。我们知道晶体管中的负载电流是晶体管的输入电流和增益的乘积。

由于由于供电源不可能增加基本电流,因此增加负载电流能力的唯一方法是增加晶体管的增益。但它也针对每个晶体管固定。但是,我们可以使用两个晶体管的组合增加增益。此配置称为Darlington晶体管配置。

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达林顿晶体管或达林顿对

达林顿晶体管是两个晶体管的背靠背连接,作为一个完整的封装,有三个引线,基极,发射极和集电极,相当于单晶体管。与上面提到的单标准晶体管相比,这对双极晶体管提供了非常高的电流增益。

一对这些晶体管可以是PNP或NPN取决于所使用的应用。下图显示了具有NPN的Darlington对配置以及PNP晶体管。

达林顿晶体管配置
达林顿晶体管配置

考虑达林顿晶体管的NPN配置。在这种情况下,一个非常小的基极电流导致一个大的发射极电流流动,然后应用到下一个晶体管的基极。

第一晶体管中的放大电流再次通过第二晶体管的电流增益放大。因此,第二晶体管的发射极电流非常大,其足够高以驱动高负载。

假设如果第一晶体管的电流增益是β1,并且下一个晶体管的电流增益是β2,则晶体管的整体电流增益将是β1和β2的乘积。对于标准晶体管β为100.因此整个电流增益为10000.与单个晶体管相比,该值非常高,因此该值高电流增益提供高负载电流。

一般来说,要打开晶体管,输入电压必须大于0.7V。由于在这种配置中使用了两个晶体管,因此基极电压必须大于1.4V。

从图中,第一晶体管的电流增益

β1= I.C1/一世B1,

所以我C11B1

类似地,下一个晶体管的电流增益,

β2= I.C2/一世B2,然后我C22B2

收藏家的总电流是我C= I.C1+ I.C2

C1B1+β.2B2

但是第二晶体管的基本电流,

B2= I.B+ I.C1

B21B+ I.B

B2= I.B(1 +β1)

在上面的等式中取代,

C1B+β.2B(1 +β1)

C= I.B1+β.2+β.1β2)

在上述关系中,忽略个人的收益,总方程近似为

C= I.B1β2)

这是总增益,

β=(β1β2)

并且V= V.BE1+ V.Be2。

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达林顿晶体管电路的示例

考虑以下电路,其中达林顿对用于切换额定为12V和80W的负载。第一晶体管和第二晶体管的电流增益分别为50和60。因此,使灯完全打开所需的基极电流计算如下。

达林顿晶体管电路
达林顿晶体管电路

收集电流等于负载电流,

C= 80/12 = 6.67 a

达林顿晶体管输出电流为Ic = IB1+β.2+β.1β2),

B= I.C/(β1+β.2+β.1β2)

目前的收益,β1= 50和β2= 60.

所以我B= 6.67 /(50 + 60 +(60×50))

B= 2.2 ma.

从上面的计算中,很明显,对于小碱基电流,我们可以切换较大的灯负载。该小基输入电压可以从任何微控制器输出或任何数字逻辑电路应用。

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达林顿晶体管的应用

达林顿晶体管主要用于开关和放大应用,用于提供非常高的直流电流增益。部分关键应用是高且低侧开关,传感器放大器和音频放大器。对于光敏应用,使用光度探测器。让我们来看看Darlington晶体管的特定应用程序的操作。

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NPN Darlington晶体管作为开关

下图显示了使用Darlington晶体管的LED驱动。基站处的开关也可以用触摸传感器替换,使得用于触摸感测LED开启。100K欧姆电阻用作该对晶体管的保护电阻。

达灵顿晶体管开关
达灵顿晶体管开关
  • 当开关关闭时,达灵顿晶体管施加大于1.4V的指定电压。这使得达林顿对成为活跃并通过负载驱动电流。这导致LED焕发非常明亮,即使在基地的电阻变化也是如此。
  • 当开关打开时,两个双极晶体管都处于截止模式,并且通过负载的电流为零。所以LED变得了关闭。
  • 还可以使用Darlington对来驱动电感负载,如继电器,电机。与单晶硅相比,驱动Darlington对的电感载荷更有效,因为它提供了具有小碱基输入电流的高负载电流。
  • 下图显示了驱动继电器线圈的达林顿对。如我们所知,对于电感载荷,需要平行的续流二极管来保护电路对抗诱导电流。类似于上述LED电路操作,当施加基极电流时,继电器线圈通电。我们还可以使用DC电机作为电感载荷代替继电器线圈。
达林顿晶体管到开关继电器
达林顿晶体管到开关继电器

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PNP Darlington晶体管作为开关

  • 我们可以使用PNP晶体管作为达林顿对,但最常用的是NPN晶体管。NPN和PNP在电路上没有太大的区别。下图是一个简单的传感器电路,通过达林顿对的功能发出报警。
  • 该电路是简单的水位指示器,其中达林顿对用作开关。我们知道该晶体管配置提供了大集电极电流,因此它能够在输出处驱动蜂鸣器。
  • 当水位不足以关闭传感器时,达林顿晶体管处于OFF状态。因此,电路变成开路,没有电流流过。
  • 随着水位的升高,传感器变得活跃,并为达林顿对提供必要的基流。因此,电路变得短路和负载电流流动,使蜂鸣器发出警报或声音。
PNP Darlington晶体管作为开关
PNP Darlington晶体管作为开关

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达林顿晶体管作为放大器

在功率放大器或电压放大器的情况下,负载电阻在输出是非常低的,有高的电流流。如果用晶体管进行放大,则电流通过晶体管的集电极。为了能够适应功率放大器,晶体管必须驱动高负载电流。

通过由小碱基电流驱动的单个晶体管,可以不可能实现该要求。为了满足高负荷电流要求,使用达林顿对,提供高电流增益。

达林顿晶体管作为放大器
达林顿晶体管作为放大器

上图显示了一个a类放大器电路,使用达林顿晶体管配置有一个高集电极电流。达林顿晶体管提供的增益等于两个单独增益的乘积。

因此,通过小碱基电流,收集器端子处的输出电流非常高。因此,随着达林顿晶体管的布置,该放大器为负载提供足够的放大电流。

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达灵顿对的优势

与标准单晶硅相比,达林顿对具有几个优点。他们之中有一些是

  • 它产生比标准单晶体管高的电流增益
  • 它提供了一个非常高的输入阻抗或良好的阻抗转换,它可以改变一个高阻抗输入或源到低阻抗负载。
  • 这些可以由两个单独的晶体管制成,或者具有单个封装。
  • 使用少量组件,简单方便的电路配置。
  • 在光-达林顿对的情况下,引入的噪声比带有外部放大器的光电晶体管要小得多。

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达灵顿晶体管的缺点

  • 开关速度很低
  • 带宽有限
  • 在负反馈电路中的某些频率下,该配置引入了相移。
  • 所需的基极电压高,是单个标准晶体管的两倍。
  • 由于高饱和电压导致的高功耗。
  • 总漏电流很高,因为第一晶体管的漏电流由下一个晶体管放大。这就是为什么达灵顿的三个或更多阶段是不可能的。

因此,达林顿对在大多数应用中非常有用,因为它在低基流电流下提供高电流增益。虽然它具有一些限制,但这些对在不需要高频响应的应用中广泛使用,并且需要高增益电流水平。

在音频功率放大器电路的情况下,这种配置导致提供更好的输出。我们希望本文提供了有关此主题的质量信息。如果您觉得此内容有用,信息丰富,请不要犹豫在下面的评论部分中写下您的评论。

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