การคำนวณทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันเป็นการเชื่อมต่อที่รู้จักกันดีและเป็นที่นิยมโดยใช้คู่ของทรานซิสเตอร์แยกขั้วทรานซิสเตอร์สองขั้ว (BJT) ซึ่งออกแบบมาสำหรับการทำงานแบบรวม 'สุดยอด' ทรานซิสเตอร์. แผนภาพต่อไปนี้แสดงรายละเอียดของการเชื่อมต่อ

คำจำกัดความ

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันสามารถกำหนดเป็นการเชื่อมต่อระหว่าง BJT สองตัวที่ช่วยให้พวกมันสามารถสร้าง BJT แบบคอมโพสิตเดียวได้รับกำไรปัจจุบันจำนวนมากซึ่งอาจอยู่ในช่วงเกินกว่าพันโดยทั่วไป

ข้อได้เปรียบหลักของการกำหนดค่านี้คือทรานซิสเตอร์คอมโพสิตจะทำงานเหมือนอุปกรณ์เดียวที่มีการปรับปรุง กำไรปัจจุบัน เทียบเท่ากับผลคูณปัจจุบันของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว

หากการเชื่อมต่อ Darlington ประกอบด้วย BJT สองตัวที่มีกำไรปัจจุบันβ₁และβ_สองกำไรปัจจุบันรวมสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

ข_ง= β₁ข_สอง-------- (12.7)

เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ที่ตรงกันในการเชื่อมต่อดาร์ลิงตันเช่นนั้นβ₁= β_สอง= βสูตรข้างต้นสำหรับกำไรปัจจุบันจะง่ายขึ้นเป็น:

ข_ง= β^สอง-------- (12.8)

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันแบบบรรจุ

เนื่องจากได้รับความนิยมอย่างล้นหลามทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันจึงได้รับการผลิตและพร้อมใช้งานในแพ็คเกจเดียวซึ่งมี BJT สองตัวเชื่อมต่อภายในเป็นหน่วยเดียว

ตารางต่อไปนี้แสดงแผ่นข้อมูลของคู่ดาร์ลิงตันตัวอย่างภายในแพ็คเกจเดียว

กำไรปัจจุบันที่ระบุคือกำไรสุทธิจาก BJT ทั้งสอง หน่วยนี้มาพร้อมกับขั้วต่อมาตรฐานภายนอก 3 ขั้ว ได้แก่ ฐานตัวปล่อยตัวเก็บประจุ

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันในบรรจุภัณฑ์ชนิดนี้มีคุณสมบัติภายนอกคล้ายกับทรานซิสเตอร์ทั่วไป แต่มีกำลังรับกระแสไฟฟ้าที่สูงมากและได้รับการปรับปรุงเมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์เดี่ยวทั่วไป

วิธีการ DC ไบอัสวงจรทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

รูปต่อไปนี้แสดงวงจรดาร์ลิงตันทั่วไปที่ใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีอัตราขยายกระแสสูงมากβ_ง.

ที่นี่สามารถคำนวณกระแสฐานโดยใช้สูตร:

ผม_ข= V_{กระแสตรง}- V_พ.ศ./ ร_ข+ β_งร_คือ-------------- (12.9)

แม้ว่าสิ่งนี้อาจดูคล้ายกับไฟล์ สมการซึ่งปกติจะใช้กับ BJT ทั่วไป , ค่าβ_งในสมการข้างต้นจะสูงขึ้นมากและ V_พ.ศ.จะมีขนาดค่อนข้างใหญ่กว่า สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วในแผ่นข้อมูลตัวอย่างที่นำเสนอในย่อหน้าก่อนหน้า

ดังนั้นจึงสามารถคำนวณกระแสของตัวปล่อยได้ดังนี้:

ผม_คือ= (β_ง+ 1) ฉัน_ข≈β_งผม_ข-------------- (12.10)

แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะเป็น:

V_คือ= ฉัน_คือร_คือ-------------- (12.11)

V_ข= V_คือ+ V_พ.ศ.-------------- (12.12)

ตัวอย่างที่แก้ไข 1

จากข้อมูลที่ระบุในรูปต่อไปนี้ให้คำนวณกระแสอคติและแรงดันไฟฟ้าของวงจรดาร์ลิงตัน

วิธีการแก้ : ใช้ Eq.12.9 กระแสฐานถูกกำหนดเป็น:

ผม_ข= 18 V - 1.6 V / 3.3 MΩ + 8000 (390Ω) ≈ 2.56 μA

การใช้ Eq.12.10 กระแสของตัวปล่อยอาจได้รับการประเมินเป็น:

ผม_คือ≈ 8000 (2.56 μA) ≈ 20.28 mA ≈ I_ค

สามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของ Emitter ได้โดยใช้สมการ 12.11 ดัง:

V_คือ= 20.48 mA (390Ω) ≈ 8 โวลต์

ในที่สุดก็สามารถประเมินแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมได้โดยใช้ Eq 12.12 ตามที่ระบุด้านล่าง:

V_ข= 8 V + 1.6 V = 9.6 โวลต์

ในตัวอย่างนี้แรงดันไฟฟ้าที่ตัวสะสมของดาร์ลิงตันจะเป็น:
V_ค= 18 โวลต์

วงจรเทียบเท่าดาร์ลิงตัน AC

ในรูปที่แสดงด้านล่างเราจะเห็นไฟล์ ตัวส่งสัญญาณ BJT วงจรเชื่อมต่อในโหมดดาร์ลิงตัน ขั้วฐานของทั้งคู่เชื่อมต่อกับสัญญาณอินพุต ac ผ่านตัวเก็บประจุ C1

สัญญาณเอาท์พุตที่ได้รับจากตัวเก็บประจุ C2 จะเชื่อมโยงกับขั้วปล่อยของอุปกรณ์

ผลการจำลองของการกำหนดค่าข้างต้นแสดงในรูปต่อไปนี้ ที่นี่สามารถมองเห็นทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันถูกแทนที่ด้วยวงจรเทียบเท่า ac ที่มีความต้านทานอินพุต ร _ผม และแหล่งเอาต์พุตของกระแสที่แสดงเป็น ข _ง ผม _ข

สามารถคำนวณความต้านทานอินพุต AC ได้ตามคำอธิบายด้านล่าง:

กระแสไฟฐาน AC ผ่าน ร _ผม คือ:

ผม_ข= V_ผม- V_หรือ/ r_ผม---------- (12.13)

ตั้งแต่
V_หรือ= (ฉัน_ข+ β_งผม_ข) ร_คือ---------- (12.14)

ถ้าเราใช้ Eq 12.13 ใน Eq. 12.14 เราได้รับ:

ผม_ขร_ผม= V_ผม- V_หรือ= V_ผม- ผม_ข(1 + β_ง) ร_คือ

การแก้ปัญหาข้างต้นสำหรับ V _ผม:

V_ผม= ฉัน_ข[ร_ผม+ (1 + β_ง) ร_คือ]

V_ผม/ ผม_ข= r_ผม+ β_งร_คือ

ตอนนี้การตรวจสอบฐานทรานซิสเตอร์ความต้านทานอินพุต ac สามารถประเมินได้ดังนี้:

ด้วย_ผม= ร_ข॥ ร_ผม+ β_งร_คือ---------- (12.15)

ตัวอย่างที่แก้ไข 2

ตอนนี้เรามาดูตัวอย่างที่ใช้งานได้จริงสำหรับการออกแบบตัวติดตามตัวปล่อย AC ที่เทียบเท่ากันข้างต้น:

กำหนดอิมพีแดนซ์อินพุตของวงจรให้ r _ผม = 5 kΩ

ใช้ Eq.12.15 เราแก้สมการตามที่ระบุด้านล่าง:

ด้วย_ผม= 3.3 MΩ॥ [5 kΩ + (8000) 390 Ω)] = 1.6 MΩ

การออกแบบที่ใช้ได้จริง

นี่คือการออกแบบ Darlington ที่ใช้งานได้จริงโดยเชื่อมต่อกับไฟล์ ทรานซิสเตอร์กำลัง 2N3055 ด้วยทรานซิสเตอร์ BC547 สัญญาณขนาดเล็ก

ใช้ตัวต้านทาน 100K ที่ด้านอินพุตสัญญาณเพื่อลดกระแสให้เหลือเพียงไม่กี่มิลลิแอมป์

โดยปกติเมื่อมีกระแสไฟต่ำที่ฐาน 2N3055 เพียงอย่างเดียวไม่สามารถส่องสว่างโหลดกระแสสูงเช่นหลอดไฟ 12V 2 แอมป์ได้ เนื่องจากอัตราขยายปัจจุบันของ 2N3055 ต่ำมากในการประมวลผลกระแสฐานต่ำเป็นกระแสสะสมสูง

อย่างไรก็ตามทันทีที่ BJT อีกตัวซึ่งเป็น BC547 ที่นี่เชื่อมต่อกับ 2N3055 ในคู่ดาร์ลิงตันการรับกระแสไฟฟ้าแบบรวมจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าที่สูงมากและทำให้หลอดไฟเรืองแสงที่ความสว่างเต็มที่

กำไรเฉลี่ยปัจจุบัน (hFE) ของ 2N3055 อยู่ที่ประมาณ 40 ในขณะที่ BC547 คือ 400 เมื่อทั้งสองรวมกันเป็นคู่ดาร์ลิงตันกำไรจะเพิ่มขึ้นอย่างมากถึง 40 x 400 = 16000 ไม่น่ากลัวเลย นั่นคือพลังที่เราสามารถได้รับจากการกำหนดค่าทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันและทรานซิสเตอร์ที่ดูธรรมดาสามารถเปลี่ยนเป็นอุปกรณ์ที่ได้รับการจัดอันดับอย่างมหาศาลเพียงแค่ดัดแปลงง่ายๆ