זוג טרנזיסטורים דרלינגטון

הטרנזיסטור של דרלינגטון הומצא בשנת 1953 על ידי מהנדס וממציא חשמל אמריקני, סידני דרלינגטון.

הטרנזיסטור של דרלינגטון משתמש בשני טרנזיסטורי BJT (טרנזיסטור צומת דו-קוטבי) סטנדרטיים המחוברים יחד. טרנזיסטור דרלינגטון מחובר בתצורה שבה אחד הפולט של הטרנזיסטור מספק זרם מוטה לבסיס הטרנזיסטור השני.

זוג הטרנזיסטורים של דרלינגטון ותצורתו:

אם אנו רואים את סמל הטרנזיסטור של דרלינגטון אנו יכולים לראות בבירור כיצד מחברים שני טרנזיסטורים. בתמונות שלהלן מוצגים שני סוגים של טרנזיסטור דרלינגטון. בצד שמאל זה NPN דרלינגטון ומצד שני זה PNP דרלינגטון. אנו יכולים לראות NPN דרלינגטון מורכב משני טרנזיסטורי NPN, ו- PNP דרלינגטון מורכב משני טרנזיסטורים PNP. הפולט של הטרנזיסטור הראשון מחובר ישירות על בסיס הטרנזיסטור האחר, וגם אספן שני הטרנזיסטורים מחובר יחד. תצורה זו משמשת לטרנזיסטורים NPN ו- PNP דרלינגטון. בתצורה זו, הזוג או הטרנזיסטור של דרלינגטון מייצרים יכולות רווח גבוהות בהרבה והגברה גדולה.

טרנזיסטור BJT רגיל (NPN או PNP) יכול לפעול בין שתי מצבים, ON ו- OFF. עלינו לספק זרם לבסיס השולט על זרם הקולט. כאשר אנו מספקים מספיק זרם לבסיס, ה- BJT נכנס למצב הרוויה והזרם זורם מהקולט לפולט. זרם אספן זה ביחס ישר לזרם הבסיס. היחס בין זרם הבסיס לבין זרם האספן נקרא הרווח הנוכחי של הטרנזיסטור המסומן כ בטא (β). בטרנזיסטור BJT טיפוסי הרווח הנוכחי מוגבל בהתאם למפרט הטרנזיסטור. אך במקרים מסוימים היישום זקוק להרווח שוטף יותר שטרנזיסטור BJT יחיד לא יכול היה לספק. הזוג דרלינגטון מושלם ליישום בו יש צורך ברווח זרם גבוה.

תצורה צולבת:

עם זאת, התצורה המוצגת בתמונה שלעיל, משתמשת בשני PNP או בשני NPN, יש תצורה אחרת של דרלינגטון או שהתצורה הצולבת זמינה גם, כאשר משתמשים ב- PNP עם NPN, או משתמשים ב- NPN עם PNP. סוג זה של תצורה צולבת נקרא בשם תצורת זוג Sziklai Darlington או תצורת Push-Pull.

בתמונה לעיל מוצגים זוגות Sziklai Darlington. תצורה זו מייצרת פחות חום ויש לה יתרונות ביחס לזמן התגובה. נדון בנושא בהמשך. הוא משמש למגבר AB בכיתה או במקום בו יש צורך בטופולוגיות Push-Pull.

להלן מספר פרויקטים בהם השתמשנו בטרנזיסטורים של דרלינגטון:

• יצירת טונים על ידי הקשה על אצבעות באמצעות Arduino
• מעגל גלאי שקר פשוט באמצעות טרנזיסטורים
• מעגל משדר IR לטווח ארוך
• רובוט עוקב קו באמצעות ארדואינו

דרלינגטון טרנזיסטור זוג חישוב רווח נוכחי:

בתמונה למטה אנו יכולים לראות שני PNP או שני טרנזיסטורי NPN מחוברים יחד.

הרווח הנוכחי הכולל של צמד דרלינגטון יהיה be-

רווח זרם (hFE) = רווח טרנזיסטור ראשון (hFE ₁) * רווח טרנזיסטור שני (hFE ₂)

בתמונה לעיל, שני טרנזיסטורים NPN יצרו תצורת NPN דרלינגטון. שני הטרנזיסטורים של ה- NPN T1 ו- T2 מחוברים יחד בסדר שבו מחברים את הקולטים של T1 ו- T2. הטרנזיסטור T1 הראשון המספק את זרם הבסיס הנדרש (IB2) לבסיס הטרנזיסטור T2 השני. אז זרם הבסיס IB1, השולט ב- T1, שולט בזרימת הזרם בבסיס T2.

אז הרווח הנוכחי הכולל (β) הוא להשיג, כאשר זרם האספן הוא

β * IB כ- hFE = fFE ₁ * hFE ₂

כאשר שני אספנים טרנזיסטורים מחוברים יחד, זרם אספן כולל (IC) = IC1 + IC2

כעת, כפי שנדון לעיל, אנו מקבלים את זרם האספן β * IB ₁

במצב זה, הרווח הנוכחי הוא אחדות או גדול מאחד.

בואו נראה כיצד הרווח הנוכחי הוא הכפל של הרווח הנוכחי של שני הטרנזיסטורים.

IB2 נשלט על ידי זרם הפולט של T1, שהוא IE1. IE1 מחובר ישירות על פני T2. אז, IB2 ו- IE1 זהים.

IB2 = IE1.

אנחנו יכולים לשנות את הקשר הזה עוד יותר עם

IC ₁ + IB ₁

אנו משנים את ה- IC1 כפי שעשינו בעבר

β ₁ IB ₁ + IB ₁ IB ₁ (β ₁ + 1)

עכשיו כמו בעבר, ראינו את זה

IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₂ As, IB2 או 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 }

אז, IC הנוכחי הכולל אספן הוא רווח משולב של רווח טרנזיסטורים בודדים.

טרנזיסטור דרלינגטון דוגמה:

60W עומס עם 15V הצרכים מתח קלט יעודכנו באמצעות שני טרנזיסטורים NPN, יצירת זוג דרלינגטון. הרווח טרנזיסטור הראשון יהיה 30 ואת הרווח הטרנזיסטור השני יהיה 95. אנו נחשב את זרם הבסיס להחלפת העומס.

כידוע, כאשר העומס יופעל, זרם הקולט יהיה זרם העומס. בהתאם לחוק הכוח, זרם האספן (IC) או זרם העומס (IL) יהיו

I _L = I _C = הספק / מתח = 60/15 = 4 אמפר

מכיוון שרווח הבסיס הנוכחי של הטרנזיסטור הראשון יהיה 30 ועבור הטרנזיסטור השני יהיה 95 (β1 = 30 ו- β2 = 95) נוכל לחשב את זרם הבסיס במשוואה הבאה -

לכן, אם אנו מפעילים זרם של 1.3mA על בסיס הטרנזיסטור הראשון, העומס יעבור " ON " ואם אנו מפעילים זרם 0 mA או מקורקע בבסיס העומס יעבור " OFF ".

יישום טרנזיסטור דרלינגטון:

היישום של טרנזיסטור דרלינגטון זהה לטרנזיסטור BJT רגיל.

בתמונה לעיל הטרנזיסטור NPN דרלינגטון משמש להחלפת העומס. העומס יכול להיות כל דבר מעומס אינדוקטיבי או התנגדות. נגן הבסיס R1 מספק את זרם הבסיס לטרנזיסטור NPN דרלינגטון. הנגד R2 הוא להגביל את הזרם לעומס. זה ישים לעומסים ספציפיים שזקוקים להגבלת זרם בתפעול יציב. כפי שהדוגמה מציעה שזרם הבסיס נדרש נמוך מאוד, ניתן להחליף אותו מיחידות לוגיקה מיקרו-בקר או דיגיטליות בקלות. אבל כאשר הזוג דרלינגטון נמצא באזור רווי או במצב מלא, יש ירידה במתח על בסיס הבסיס והפולט. זהו חסרון עיקרי לזוג דרלינגטון. ירידות המתח נעות בין.3 וולט ל -1.2 וולט. עקב ירידת מתח זו הטרנזיסטור של דרלינגטון מתחמם כאשר הוא במצב פועל לחלוטין ומספק זרם לעומס. כמו כן, בשל התצורה שהנגד השני מופעל על ידי הנגד הראשון, הטרנזיסטור של דרלינגטון מייצר זמן תגובה איטי יותר. במקרה כזה תצורת Sziklai מספקת יתרון על פני זמן התגובה והביצועים התרמיים.

טרנזיסטור NPN פופולרי בדרלינגטון הוא BC517.

בהתאם לגליון הנתונים של BC517, הגרף שלעיל מספק רווח זרם DC של BC517. שלוש עקומות ממטה לגבוה בהתאמה מספקות מידע על טמפרטורת הסביבה. אם אנו רואים את עקומת טמפרטורת הסביבה 25 מעלות, הרווח הנוכחי של DC הוא מקסימאלי כאשר זרם האספן הוא סביב 150mA.

מהו טרנזיסטור דרלינגטון זהה?

טרנזיסטור דרלינגטון זהה כולל שני זוג זהים עם מפרט זהה לחלוטין עם אותו רווח זרם לכל אחד. כלומר הרווח הנוכחי של הטרנזיסטור הראשון β1 זהה לרווח הנוכחי השני של הטרנזיסטורים β2.

באמצעות נוסחת זרם הקולט הרווח הנוכחי של הטרנזיסטור הזהה יהיה-

IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β ² = IB / IC

הרווח הנוכחי יהיה הרבה יותר גבוה. דוגמאות זוגות דרלינגטון של NPN הן TIP120, TIP121, TIP122, BC517 ו- PNP דרלינגטון דוגמאות לזוג הן BC516, BC878 ו- TIP125.

טרנזיסטור IC דרלינגטון:

צמד דרלינגטון מאפשר למשתמשים להניע יותר יישומי הספק בכמה מיליאמפר מקור הנוכחי מבקר מיקרו או ממקורות זרם נמוך.

ULN2003 הוא שבב שנמצא בשימוש נרחב באלקטרוניקה המספק מערכי דרלינגטון זרם גבוה עם שבעה תפוקות אספנים פתוחים. משפחת ULN מורכבת מ- ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, שלוש גרסאות שונות במספר אפשרויות חבילה. ULN2003 משמש וריאנט נרחב סדרת ULN. התקן זה כולל דיודות דיכוי בתוך המעגל המשולב, המהווה תכונה נוספת להנעת עומס אינדוקטיבי באמצעות זה.

זהו המבנה הפנימי של IC ULN2003. זו חבילת טבילה של 16 פינים. כפי שאנו רואים סיכת הקלט והפלט הם בדיוק הפוכים, בשל כך קל יותר לחבר את ה- IC ולהפוך את עיצוב ה- PCB לפשטני יותר.

ישנם שבעה סיכות אספנות פתוחות. סיכה אחת נוספת זמינה גם שהיא שימושית ליישום הקשורים לעומס אינדוקטיבי, זה יכול להיות מנועים, סולנואידים, ממסרים, הזקוקים לדיודות חופשיות, אנו יכולים ליצור את החיבור באמצעות אותו סיכה.

סיכות הקלט תואמות לשימוש עם TTL או CMOS, ומצד שני סיכות הפלט מסוגלות לשקוע זרמים גבוהים. בהתאם לגליון הנתונים, זוגות דרלינגטון מסוגלים לשקוע 500mA זרם ויכולים לסבול 600mA של זרם שיא.

בתמונה העליונה מוצג חיבור מערך דרלינגטון בפועל עבור כל נהג. משתמשים בו בשבעה נהגים, כל נהג מורכב ממעגל זה.

כאשר סיכות הכניסה של ULN2003, מסיכה 1 לסיכה 7, מסופקות עם High, הפלט יהיה נמוך והוא ישקע זרם דרכו. וכאשר אנו מספקים סיכת קלט נמוכה הפלט יהיה במצב עכבה גבוהה, והוא לא ישקע זרם. פיני 9 משמשים דיודה Freewheel; זה תמיד צריך להיות מחובר ל- VCC, בעת החלפת עומס אינדוקטיבי באמצעות סדרת ULN. אנו יכולים גם להניע יישומים שוטפים יותר על ידי הקבלה בין שני כניסות ויציאות של זוג, כמו שנוכל לחבר את סיכה 1 עם סיכה 2 ומצד שני יכול לחבר את סיכה 16 ו -15. ומקבילים שני זוגות דרלינגטון להנעת עומסי זרם גבוהים יותר.

ULN2003 משמש גם להנעת מנועי צעד עם מיקרו-בקרים.

החלפת מנוע באמצעות ULN2003 IC:

בסרטון זה המנוע מחובר על גבי פין פלט אספן פתוח, מצד שני את הקלט, אנו מספקים זרם של כ- 500nA (.5mA) ושולט על 380mA של זרם על פני המנוע. כך כמות קטנה של זרם בסיס יכולה לשלוט על זרם אספן גבוה בהרבה בטרנזיסטור דרלינגטון.

כמו כן, כפי Motor משמש, הפינים 9 מחובר ברחבי VCC כדי לספק הגנה חסרת דאגות.

הנגד מספק משיכה נמוכה, מה שהופך את הקלט ל- LOW כאשר לא מגיע זרימת זרם מהמקור, מה שהופך את התפוקה לעכבה גבוהה לעצור את המנוע. ההפך יקרה כאשר זרם נוסף מוחל על פני סיכת הקלט.