- Darlington-transistoripari ja sen kokoonpano:
- Darlingtonin transistorin parivirran vahvistuksen laskeminen:
- Darlington-transistori-esimerkki:
- Darlington-transistorisovellus:
- Mikä on identtinen Darlington-transistori?
- Darlingtonin transistori-IC:
- Moottorin vaihtaminen ULN2003 IC: llä:
Darlington-transistorin keksi vuonna 1953 yhdysvaltalainen sähköinsinööri ja keksijä Sidney Darlington.
Darlington-transistori käyttää kahta tavallista BJT-transistoria (Bi-polar junction transistor), jotka on kytketty toisiinsa. Darlington-transistori kytkettynä kokoonpanoon, jossa toinen transistorin emitteristä tuottaa esijännitettyä virtaa toisen transistorin tukiasemaan.
Darlington-transistoripari ja sen kokoonpano:
Jos näemme Darlington Transistorin symbolin, voimme selvästi nähdä, kuinka kaksi transistoria on kytketty toisiinsa. Alla olevissa kuvissa on esitetty kahden tyyppinen Darlington-transistori. Vasemmalla puolella se on NPN Darlington ja toisella puolella PNP Darlington. Voimme nähdä, että NPN Darlington koostuu kahdesta NPN-transistorista ja PNP Darlington koostuu kahdesta PNP-transistorista. Ensimmäinen transistorin emitteri on kytketty suoraan toisen transistorin alustan yli, myös kahden transistorin kollektori on kytketty yhteen. Tätä konfiguraatiota käytetään sekä NPN- että PNP Darlington -transistoreille. Tässä kokoonpanossa pari tai Darlington-transistori tuottaa paljon suuremman vahvistuksen ja suuret vahvistuskyvyt.
Normaali BJT-transistori (NPN tai PNP) voi toimia kahden tilan välillä, ON ja OFF. Meidän on annettava virta tyvelle, joka ohjaa kollektorivirtaa. Kun annamme riittävästi virtaa tukiasemaan, BJT siirtyy kyllästystilaan ja virta kulkee kerääjältä lähettimeen. Tämä kollektorivirta on suoraan verrannollinen perusvirtaan. Perusvirran ja kollektorivirran suhdetta kutsutaan transistorin virranvahvistukseksi, jota kutsutaan beetaksi (β). Tyypillisessä BJT-transistorissa virranvahvistus on rajoitettu transistorin määrittelystä riippuen. Mutta joissakin tapauksissa sovellus tarvitsee enemmän virtaa, jota yksi BJT-transistori ei voinut tarjota.Darlington-pari on täydellinen sovellukseen, jossa tarvitaan suurta virranvahvistusta.
Ristikonfigurointi:
Yllä olevassa kuvassa esitetty konfiguraatio käyttää kuitenkin joko kahta PNP: tä tai kahta NPN: ää, on olemassa muita Darlington-konfiguraatioita tai ristikokoonpano on myös käytettävissä, jos PNP: tä käytetään NPN: n kanssa tai NPN: ää käytetään PNP: n kanssa. Tämän tyyppistä ristikkokokoonpanoa kutsutaan Sziklai Darlington -parikokoonpanoksi tai Push-Pull- kokoonpanoksi.
Yllä olevassa kuvassa esitetään Sziklai Darlington -parit. Tämä kokoonpano tuottaa vähemmän lämpöä ja sillä on etuja vasteajassa. Keskustelemme siitä myöhemmin. Sitä käytetään luokan AB vahvistimissa tai missä tarvitaan Push-Pull-topologioita.
Tässä on muutama projekti, jossa käytimme Darlington-transistoreita:
- Äänten luominen napauttamalla sormia Arduinolla
- Yksinkertainen valehälytinpiiri transistoreilla
- Pitkän kantaman IR-lähetinpiiri
- Linjaseurainrobotti Arduinolla
Darlingtonin transistorin parivirran vahvistuksen laskeminen:
Alla olevassa kuvassa näemme kaksi PNP: tä tai kaksi NPN-transistoria on kytketty yhteen.
Yleinen virtavahvistus Darlington pari on mistelemassa
Nykyinen vahvistus (hFE) = Ensimmäinen transistorin vahvistus (hFE 1) * Toinen transistorin vahvistus (hFE 2)
Yllä olevassa kuvassa kaksi NPN-transistoria loi NPN Darlington -konfiguraation. Kaksi NPN-transistoria T1 ja T2 on kytketty toisiinsa järjestyksessä, jossa T1: n ja T2: n kollektorit on kytketty. Ensimmäinen transistori T1, joka tarjoaa vaaditun kantavirran (IB2) toisen transistorin T2 tukiasemaan. Joten T1: tä ohjaava perusvirta IB1 ohjaa T2: n tukiaseman virtausta.
Joten kokonaisvirran vahvistus (β) saavutetaan, kun kollektorivirta on
β * IB hFE = fFE 1 * hFE 2
Kun kaksi transistorikollektoria on kytketty yhteen, kollektorin kokonaisvirta (IC) = IC1 + IC2
Kuten edellä on keskusteltu, saadaan kerääjän virta β * IB 1
Tässä tilanteessa nykyinen voitto on yhtenäisyys tai suurempi kuin yksi.
Katsotaanpa, kuinka nykyinen vahvistus on kahden transistorin nykyisen vahvistuksen kertolasku.
IB2: tä ohjaa T1: n emitterivirta, joka on IE1. IE1 on kytketty suoraan T2: n poikki. Joten IB2 ja IE1 ovat samat.
IB2 = IE1.
Voimme muuttaa tätä suhdetta edelleen
IC 1 + IB 1
IC1: n muuttaminen kuten aiemmin, saamme
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Kuten aiemmin, olemme nähneet sen
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 tai 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 }
Joten koko kollektorivirran IC on yhdistetty voitto yksittäisistä transistoreista.
Darlington-transistori-esimerkki:
60W kuormitus 15V tulojännite tarvitsee kytkeä kahdella NPN-transistorien, luo Darlington pari. Ensimmäinen transistorin vahvistus on 30 ja toinen transistorin vahvistus on 95. Laskemme kantavirran kuorman vaihtamiseksi.
Kuten tiedämme, kun kuorma kytketään päälle, kollektorivirta on kuormitusvirta. Teholain mukaan kollektorivirta (IC) tai kuormitusvirta (IL) tulee olemaan
I L = I C = Teho / Jännite = 60/15 = 4 Ampeeria
Koska ensimmäisen transistorin kantavirran vahvistus on 30 ja toiselle transistorille 95 (β1 = 30 ja β2 = 95), voimme laskea kantavirran seuraavalla yhtälöllä -
Joten jos käytämme 1,3 mA: n virtaa ensimmäisen transistorialustan läpi, kuorma kytkeytyy “ ON ” -asentoon ja jos käytämme 0 mA: n virtaa tai maadoitetaan tukiasema, kuorma kytketään “ OFF ” -asentoon.
Darlington-transistorisovellus:
Darlington-transistorin käyttö on sama kuin tavallisen BJT-transistorin.
Yllä olevassa kuvassa NPN Darlington -transistoria käytetään kuorman vaihtamiseen. Kuormitus voi olla mitä tahansa induktiivisesta tai resistiivisestä kuormasta. Perusvastus R1 tuottaa kantavirtaa NPN Darlington -transistorille. R2-vastuksen on rajoitettava virta kuormitukseen. Sitä voidaan käyttää erityisillä kuormilla, jotka tarvitsevat virran rajoittamista vakaan toiminnan aikana. Kuten esimerkistä käy ilmi, että perusvirta vaaditaan hyvin matalalta, se voidaan helposti vaihtaa mikro- tai digitaalilogiikkayksiköistä. Mutta kun Darlington-pari on kyllästetyllä alueella tai täysin kunnossa, jännitteen pudotus tukiaseman ja emitterin välillä. Se on Darlington-parin suurin haitta. Jännitepudotukset vaihtelevat 0,3 V - 1,2 V. Tämän jännitepudotuksen vuoksi Darlington-transistori kuumenee, kun se on täysin päällä-tilassa ja syöttää virtaa kuormalle. Lisäksi kokoonpanon vuoksi toinen vastus kytketään päälle ensimmäisellä vastuksella, Darlington-transistori tuottaa hitaamman vasteajan. Tällöin Sziklai-kokoonpano tarjoaa edun vasteaikaan ja lämpötehoon verrattuna.
Suosittu NPN Darlington -transistori on BC517.
BC517: n tietolomakkeen mukaan yllä oleva kaavio antaa BC517: n DC-virran vahvistuksen. Kolme käyrää alemmasta ylempään antavat tietoja ympäristön lämpötilasta. Jos näemme 25 asteen ympäröivän lämpötilan käyrän, DC-virran vahvistus on suurin, kun kollektorivirta on noin 150 mA.
Mikä on identtinen Darlington-transistori?
Identtisellä Darlington-transistorilla on kaksi identtistä paria, joilla on täsmälleen samat spesifikaatiot ja sama virran vahvistus jokaiselle. Tämä tarkoittaa, että nykyinen saada ensimmäisen transistorin β1 on sama kuin toisen transistorin virtavahvistus β2.
Kollektorivirran kaavaa käyttämällä identtisen transistorin nykyinen vahvistus
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Nykyinen voitto on paljon suurempi. NPN Darlingtonin pariesimerkit ovat TIP120, TIP121, TIP122, BC517 ja PNP Darlingtonin pariesimerkit ovat BC516, BC878 ja TIP125.
Darlingtonin transistori-IC:
Darlington-parin avulla käyttäjät voivat ajaa enemmän virtasovelluksia muutamalla milliampeerilla virtalähdettä mikro-ohjaimelta tai matalavirtaisilta lähteiltä.
ULN2003 on siru, jota käytetään laajalti elektroniikassa ja joka tarjoaa suurivirtaiset Darlington-matriisit seitsemällä avoimen kollektorilähdöllä. ULN-perhe koostuu ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, kolmesta eri vaihtoehdosta useissa pakettivaihtoehdoissa. ULN2003 on laajalti käytetty muunnos ULN sarjassa. Tämä laite sisältää vaimennusdiodit integroidun piirin sisällä, mikä on lisäominaisuus induktiivisen kuorman käyttämisessä tällä.
Tämä on ULN2003 IC: n sisäinen rakenne. Se on 16- nastainen dip-paketti. Kuten voimme nähdä, että tulo- ja lähtönasta ovat täsmälleen päinvastaiset, siksi IC: n liittäminen ja piirilevyn suunnittelun yksinkertaistaminen on helpompaa.
Keräilytappeja on saatavana seitsemän. Saatavilla on myös yksi ylimääräinen tappi, joka on hyödyllinen induktiiviseen kuormitukseen liittyvässä sovelluksessa, se voi olla moottoreita, solenoideja, releitä, jotka tarvitsevat vapaasti pyöriviä diodeja, voimme muodostaa yhteyden tällä tapilla.
Tulotapit ovat yhteensopivia käytettäväksi TTL: n tai CMOS: n kanssa, ja toisella puolella lähtönastat pystyvät upottamaan suuria virtoja. Datalehden mukaan Darlington-parit pystyvät upottamaan 500mA virtaa ja sietämään 600mA huippuvirtaa.
Ylemmässä kuvassa todellinen Darlington-matriisiyhteys näkyy jokaiselle kuljettajalle. Sitä käytetään seitsemässä ohjaimessa, kukin kuljettaja koostuu tästä piiristä.
Kun ULN2003: n tuloliittimet, nastasta 1 nastaa 7, on varustettu korkealla, lähtö on matala ja se uppoaa virtaa sen läpi. Ja kun tarjoamme matalan tulotapin, lähtö on korkean impedanssin tilassa, eikä se uppoa virtaa. Tappi 9 käytetään vapaaratas diodi; se on aina kytkettävä VCC: hen, kun kytketään mitään induktiivista kuormaa ULN- sarjalla. Voimme myös ajaa nykyisiä sovelluksia rinnakkain kahden parin tulojen ja lähtöjen kanssa, kuten voimme liittää nastan 1 nastaan 2 ja toisaalta liittää nastat 16 ja 15 ja rinnakkain kaksi Darlington-paria suurempien virtakuormien ajamiseksi.
ULN2003: ta käytetään myös askelmoottoreiden ohjaamiseen mikrokontrollereilla.
Moottorin vaihtaminen ULN2003 IC: llä:
Tässä videossa moottori on kytketty avoimen kollektorilähtötapin yli, toisaalta tulo, tarjoamme noin 500nA (.5mA) virtaa ja ohjaamme 380mA virtaa moottorin poikki. Näin pieni määrä perusvirtaa voi ohjata paljon suurempaa kollektorivirtaa Darlingtonin transistorissa.
Myös, kun moottori on käytetty, tappi 9 yli on kytketty VCC antaa vapaakäytöksinen suojaa.
Vastus tarjoaa matalan vetovoiman, jolloin tulo on MATALA, kun lähteestä ei tule virtaa, mikä tekee lähdöstä korkean impedanssin pysäyttävän moottorin. Päinvastoin tapahtuu, kun lisävirtaa syötetään tulotapin yli.