- Darlington Transistor Pair und seine Konfiguration:
- Berechnung der Stromverstärkung des Darlington-Transistorpaarpaars:
- Darlington Transistor Beispiel:
- Darlington Transistor Anwendung:
- Was ist ein identischer Darlington-Transistor?
- Darlington Transistor IC:
- Schalten eines Motors mit dem IC ULN2003:
Der Darlington-Transistor wurde 1953 von einem US-amerikanischen Elektrotechniker und Erfinder, Sidney Darlington, erfunden.
Der Darlington-Transistor verwendet zwei Standard- BJT-Transistoren (Bi-Polar Junction Transistor), die miteinander verbunden sind. Darlington-Transistor, der in einer Konfiguration angeschlossen ist, in der einer der Emitter des Transistors einen vorgespannten Strom an die Basis des anderen Transistors liefert.
Darlington Transistor Pair und seine Konfiguration:
Wenn wir das Symbol des Darlington-Transistors sehen, können wir deutlich sehen, wie zwei Transistoren verbunden sind. In den folgenden Bildern sind zwei Arten von Darlington-Transistoren dargestellt. Auf der linken Seite ist es NPN Darlington und auf der anderen Seite ist es PNP Darlington. Wir können sehen, dass NPN Darlington aus zwei NPN-Transistoren besteht und PNP Darlington aus zwei PNP-Transistoren besteht. Der Emitter des ersten Transistors ist direkt über die Basis eines anderen Transistors geschaltet, und auch der Kollektor der beiden Transistoren ist miteinander verbunden. Diese Konfiguration wird sowohl für NPN- als auch für PNP-Darlington-Transistoren verwendet. In dieser Konfiguration erzeugt das Paar oder der Darlington-Transistor eine viel höhere Verstärkung und große Verstärkungsfähigkeiten.
Ein normaler BJT-Transistor (NPN oder PNP) kann zwischen zwei Zuständen EIN und AUS arbeiten. Wir müssen der Basis Strom liefern, der den Kollektorstrom steuert. Wenn wir der Basis genügend Strom zuführen, wechselt der BJT in den Sättigungsmodus und der Strom fließt vom Kollektor zum Emitter. Dieser Kollektorstrom ist direkt proportional zum Basisstrom. Das Verhältnis der Basisstrom und der Kollektorstrom wird der Transistor des gerufenen Stromverstärkung, die als bezeichnet ist Beta (β). Bei einem typischen BJT-Transistor ist die Stromverstärkung in Abhängigkeit von der Transistorspezifikation begrenzt. In einigen Fällen benötigt die Anwendung jedoch mehr Stromverstärkung, als ein einzelner BJT-Transistor nicht liefern kann. DasDas Darlington-Paar ist perfekt für Anwendungen geeignet, bei denen eine hohe Stromverstärkung erforderlich ist.
Kreuzkonfiguration:
Die im obigen Bild gezeigte Konfiguration verwendet jedoch entweder zwei PNP oder zwei NPN, es gibt andere Darlington-Konfigurationen oder die Kreuzkonfiguration ist auch verfügbar, wenn ein PNP mit NPN oder ein NPN mit PNP verwendet wird. Diese Art der Kreuzkonfiguration wird als Sziklai Darlington- Paarkonfiguration oder Push-Pull- Konfiguration bezeichnet.
Im obigen Bild sind die Sziklai Darlington- Paare dargestellt. Diese Konfiguration erzeugt weniger Wärme und hat Vorteile hinsichtlich der Reaktionszeit. Wir werden später darüber diskutieren. Es wird für Verstärker der Klasse AB oder dort verwendet, wo Push-Pull-Topologien benötigt werden.
Hier sind einige Projekte, bei denen wir die Darlington-Transistoren verwendet haben:
- Töne durch Tippen auf die Finger mit Arduino erzeugen
- Einfache Lügendetektorschaltung mit Transistoren
- IR-Senderschaltung mit großer Reichweite
- Linienfolger-Roboter mit Arduino
Berechnung der Stromverstärkung des Darlington-Transistorpaarpaars:
Im folgenden Bild sehen wir zwei PNP- oder zwei NPN-Transistoren, die miteinander verbunden sind.
Die Gesamtstromverstärkung des Darlington-Paares wird
Stromverstärkung (hFE) = Erste Transistorverstärkung (hFE 1) * Zweite Transistorverstärkung (hFE 2)
In der obigen Abbildung haben zwei NPN-Transistoren eine NPN-Darlington-Konfiguration erstellt. Die beiden NPN-Transistoren T1 und T2 sind in einer Reihenfolge miteinander verbunden, in der die Kollektoren T1 und T2 verbunden sind. Der erste Transistor T1 liefert den erforderlichen Basisstrom (IB2) an die Basis des zweiten Transistors T2. Der Basisstrom IB1, der den T1 steuert, steuert also den Stromfluss an der Basis von T2.
Die Gesamtstromverstärkung (β) wird also erreicht, wenn der Kollektorstrom ist
β * IB als hFE = fFE 1 * hFE 2
Wenn zwei Transistorkollektoren miteinander verbunden sind, ist der Gesamtkollektorstrom (IC) = IC1 + IC2
Wie oben diskutiert, erhalten wir nun den Kollektorstrom β * IB 1
In dieser Situation ist die Stromverstärkung eins oder größer als eins.
Mal sehen, wie die Stromverstärkung die Multiplikation der Stromverstärkung der beiden Transistoren ist.
IB2 wird durch den Emitterstrom von T1 gesteuert, der IE1 ist. IE1 ist direkt über T2 verbunden. Also, IB2 und IE1 sind gleich.
IB2 = IE1.
Wir können diese Beziehung weiter ändern mit
IC 1 + IB 1
Wenn wir den IC1 wie zuvor ändern, bekommen wir
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Jetzt wie zuvor haben wir das gesehen
IC = & bgr; 1 IB 1 + & bgr; 2 IB 2 As, IB2 oder IE2 = IB1 (& bgr; 1 + 1) IC = & bgr; 1 IB 1 + & bgr; 2 IB 1 ( & bgr; 1 + 1) IC = & bgr; 1 IB 1 + & bgr; 2 IB 1 β 1 + β 2 IB 1 IC = { β 1 + (β 1 + β 2) + β 2 }
Der gesamte Kollektorstrom IC ist also eine kombinatorische Verstärkung der Verstärkung einzelner Transistoren.
Darlington Transistor Beispiel:
Eine 60- W- Last mit 15-V- Eingangsspannung muss mit zwei NPN-Transistoren geschaltet werden, wodurch ein Darlington-Paar entsteht. Die erste Transistorverstärkung beträgt 30 und die zweite Transistorverstärkung beträgt 95. Wir berechnen den Basisstrom zum Schalten der Last.
Wie wir wissen, ist der Kollektorstrom beim Einschalten der Last der Laststrom. Gemäß dem Potenzgesetz, der Kollektorstrom (IC) oder der Laststrom (IL) wird
I L = I C = Leistung / Spannung = 60/15 = 4 Ampere
Da die Basisstromverstärkung für den ersten Transistor 30 und für den zweiten Transistor 95 beträgt (β1 = 30 und β2 = 95), können wir den Basisstrom mit der folgenden Gleichung berechnen:
Wenn wir also 1,3 mA Strom an die erste Transistorbasis anlegen, schaltet die Last auf „ EIN “ und wenn wir 0 mA Strom anlegen oder die Basis geerdet haben, wird die Last auf „ AUS “ geschaltet.
Darlington Transistor Anwendung:
Die Anwendung des Darlington-Transistors ist dieselbe wie beim normalen BJT-Transistor.
In der obigen Abbildung wird der NPN-Darlington-Transistor zum Schalten der Last verwendet. Die Last kann eine induktive oder ohmsche Last sein. Der Basiswiderstand R1 liefert den Basisstrom an den NPN-Darlington-Transistor. Der R2-Widerstand soll den Strom auf die Last begrenzen. Es gilt für bestimmte Lasten, die im stabilen Betrieb eine Strombegrenzung benötigen. Da das Beispiel darauf hindeutet, dass der erforderliche Basisstrom sehr niedrig ist, kann er problemlos von Mikrocontroller- oder Digitallogikeinheiten umgeschaltet werden. Aber wenn das Darlington - Paar in gesättigtem Bereich ist oder vollständig unter der Voraussetzung, es gibt Spannungsabfall über die Basis und Emitter. Dies ist ein Hauptnachteil für ein Darlington-Paar. Die Spannungsabfälle reichen von 0,3 V bis 1,2 V. Aufgrund dieses Spannungsabfalls wird der Darlington-Transistor heiß, wenn er sich im Voll-Ein-Modus befindet und die Last mit Strom versorgt. Aufgrund der Konfiguration wird der zweite Widerstand durch den ersten Widerstand eingeschaltet, und der Darlington-Transistor erzeugt eine langsamere Reaktionszeit. In diesem Fall bietet die Sziklai-Konfiguration einen Vorteil gegenüber der Reaktionszeit und der thermischen Leistung.
Ein beliebter NPN-Darlington-Transistor ist BC517.
Gemäß dem Datenblatt von BC517 zeigt das obige Diagramm die Gleichstromverstärkung von BC517. Drei Kurven von niedriger nach höher geben Auskunft über die Umgebungstemperatur. Wenn wir die 25-Grad- Umgebungstemperaturkurve sehen, ist die Gleichstromverstärkung maximal, wenn der Kollektorstrom etwa 150 mA beträgt.
Was ist ein identischer Darlington-Transistor?
Der identische Darlington-Transistor hat zwei identische Paare mit genau der gleichen Spezifikation und der gleichen Stromverstärkung für jeden. Das heißt, die Stromverstärkung des ersten Transistors β1 ist dieselbe wie die Stromverstärkung des zweiten Transistors β2.
Unter Verwendung der Kollektorstromformel wird die Stromverstärkung des identischen Transistors
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} *} IB IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Die Stromverstärkung wird viel höher sein. Beispiele für NPN-Darlington-Paare sind TIP120, TIP121, TIP122, BC517 und PNP. Darlington-Paar-Beispiele sind BC516, BC878 und TIP125.
Darlington Transistor IC:
Mit dem Darlington-Paar können Benutzer mehr Stromversorgungsanwendungen mit wenigen Milliampere Stromquelle von einem Mikrocontroller oder Niedrigstromquellen betreiben.
ULN2003 ist ein in der Elektronik weit verbreiteter Chip, der Hochstrom-Darlington-Arrays mit sieben Open-Collector-Ausgängen liefert. Die ULN-Familie besteht aus ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, drei verschiedenen Varianten in mehreren Paketoptionen. Der ULN2003 ist eine weit verbreitete Variante in der ULN-Serie. Dieses Gerät enthält Unterdrückungsdioden innerhalb der integrierten Schaltung, was ein zusätzliches Merkmal zum Ansteuern der induktiven Last unter Verwendung dieser ist.
Dies ist die interne Struktur des ULN2003-IC. Es ist ein 16-Pin- Dip-Paket. Wie wir sehen können, sind der Eingangs- und Ausgangspin genau entgegengesetzt, da es einfacher ist, den IC anzuschließen und das PCB-Design einfacher zu gestalten.
Es stehen sieben offene Sammelstifte zur Verfügung. Ein zusätzlicher Stift ist ebenfalls erhältlich, der für Anwendungen mit induktiver Last nützlich ist. Dies können Motoren, Magnete und Relais sein, die Freilaufdioden benötigen. Wir können die Verbindung mit diesem Stift herstellen.
Die Eingangspins sind mit TTL oder CMOS kompatibel, auf der anderen Seite können die Ausgangspins hohe Ströme aufnehmen. Gemäß dem Datenblatt können die Darlington-Paare 500 mA Strom aufnehmen und 600 mA Spitzenstrom tolerieren.
Im oberen Bild wird die tatsächliche Darlington-Array-Verbindung für jeden Treiber angezeigt. Es wird in sieben Treibern verwendet, jeder Treiber besteht aus dieser Schaltung.
Wenn die Eingangspins von ULN2003 von Pin 1 bis Pin 7 mit High versehen sind, ist der Ausgang niedrig und es fließt Strom durch ihn. Und wenn wir einen Low- In-Eingangspin bereitstellen, befindet sich der Ausgang in einem hochohmigen Zustand und nimmt keinen Strom ab. Der Pin 9 wird für eine Freilaufdiode verwendet; Es sollte immer an den VCC angeschlossen werden, wenn eine induktive Last mit der ULN- Serie geschaltet wird. Wir können auch aktuellere Anwendungen betreiben, indem wir die Ein- und Ausgänge zweier Paare parallel schalten, z. B. Pin 1 mit Pin 2 verbinden und andererseits Pin 16 und 15 verbinden und parallel zwei Darlington-Paare zum Ansteuern höherer Stromlasten.
ULN2003 wird auch zum Antrieb von Schrittmotoren mit Mikrocontrollern verwendet.
Schalten eines Motors mit dem IC ULN2003:
In diesem Video wird der Motor über einen Open-Collector-Ausgangspin angeschlossen. Auf der anderen Seite liefern wir über den Eingang einen Strom von ca. 500 nA (0,5 mA) und steuern 380 mA Strom über den Motor. Auf diese Weise kann eine geringe Menge an Basisstrom einen viel höheren Kollektorstrom im Darlington-Transistor steuern.
Wenn ein Motor verwendet wird, ist der Pin 9 über VCC verbunden, um einen Freilaufschutz bereitzustellen.
Der Widerstand bietet einen niedrigen Pull-up- Wert und macht den Eingang auf LOW, wenn kein Strom von der Quelle fließt. Dadurch stoppt der hochohmige Ausgang den Motor. Der umgekehrte Fall tritt ein, wenn zusätzlicher Strom über den Eingangspin angelegt wird.