- Darlington Transistor Pair og dets konfiguration:
- Darlington Transistor par strømforøgelsesberegning:
- Darlington Transistor Eksempel:
- Darlington Transistor ansøgning:
- Hvad er en identisk Darlington-transistor?
- Darlington Transistor IC:
- Sådan skifter du motor ved hjælp af ULN2003 IC:
Darlington transistor blev opfundet i 1953 af en amerikansk elektroingeniør og opfinder, Sidney Darlington.
Darlington transistor bruger to standard BJT (Bi-polar junction transistor) transistorer, som er forbundet sammen. Darlington-transistor tilsluttet i en konfiguration, hvor en af transistors emitter giver forspændt strøm til den anden transistors base.
Darlington Transistor Pair og dets konfiguration:
Hvis vi ser Darlington Transistors symbol, kan vi tydeligt se, hvordan to transistorer er forbundet. På nedenstående billeder vises to typer Darlington-transistor. På venstre side er det NPN Darlington og på den anden side er det PNP Darlington. Vi kan se NPN Darlington bestå af to NPN-transistorer, og PNP Darlington består af to PNP-transistorer. Den første transistors emitter er direkte forbundet over bunden af anden transistor, også samleren af de to transistorer er forbundet sammen. Denne konfiguration bruges til både NPN og PNP Darlington transistorer. I denne konfiguration producerer parret eller Darlington-transistoren meget højere forstærkning og store forstærkningsfunktioner.
En normal BJT-transistor (NPN eller PNP) kan fungere mellem to tilstande, ON og OFF. Vi er nødt til at give strøm til basen, der styrer kollektorstrømmen. Når vi leverer tilstrækkelig strøm til basen, går BJT i mætningstilstand, og strømmen strømmer fra kollektor til emitter. Denne kollektorstrøm er direkte proportional med basisstrømmen. Forholdet mellem basisstrøm og kollektorstrøm kaldes transistorens strømforstærkning, der betegnes som Beta (β). I typisk BJT-transistor er den aktuelle forstærkning begrænset afhængigt af transistorspecifikationen. Men i nogle tilfælde har applikationen behov for mere aktuel gevinst, som en enkelt BJT-transistor ikke kunne give. DetDarlington-par er perfekt til applikationer, hvor der er brug for høj strømforøgelse.
Tværkonfiguration:
Imidlertid bruger konfigurationen vist i ovenstående billede enten to PNP eller to NPN, der er andre Darlington-konfigurationer, eller krydskonfigurationen er også tilgængelig, hvor en PNP bruges med NPN, eller en NPN bruges med PNP. Denne type krydskonfiguration kaldes Sziklai Darlington-parkonfiguration eller Push-Pull- konfiguration.
I ovenstående billede vises Sziklai Darlington- parene. Denne konfiguration producerer mindre varme og har fordele i forhold til responstid. Vi vil diskutere om det senere. Det bruges til klasse AB-forstærker eller hvor der er behov for Push-Pull-topologier.
Her er få projekter, hvor vi brugte Darlington Transistors:
- Generering af toner ved at trykke på fingre ved hjælp af Arduino
- Simple Lie Detector Circuit ved hjælp af transistorer
- Langtrækkende IR-senderkredsløb
- Line Follower Robot ved hjælp af Arduino
Darlington Transistor par strømforøgelsesberegning:
I nedenstående billede kan vi se to PNP- eller to NPN-transistorer er forbundet sammen.
Den samlede nuværende gevinst for Darlington-parret vil være-
Strømforstærkning (hFE) = Første transistorforstærkning (hFE 1) * Anden transistorforstærkning (hFE 2)
I ovenstående billede oprettede to NPN-transistorer en NPN Darlington-konfiguration. De to NPN-transistorer T1 og T2 er forbundet sammen i en rækkefølge, hvor T1 og T2s samlere er forbundet. Den første transistor T1 tilvejebringer den krævede basisstrøm (IB2) til den anden transistor T2 's base. Så basestrømmen IB1, som styrer T1, styrer strømmen ved T2 's base.
Så den samlede strømforstærkning (β) opnås, når kollektorstrømmen er
β * IB som hFE = fFE 1 * hFE 2
Da to transistorsamlere er forbundet sammen, er samlet samlerstrøm (IC) = IC1 + IC2
Nu som beskrevet ovenfor får vi samlerstrømmen β * IB 1
I denne situation er den nuværende gevinst enhed eller større end en.
Lad os se, hvordan den aktuelle forstærkning er multiplikationen af de to transistors nuværende forstærkninger.
IB2 styres af emitterstrømmen for T1, som er IE1. IE1 er direkte forbundet over T2. Så IB2 og IE1 er ens.
IB2 = IE1.
Vi kan ændre dette forhold yderligere med
IC 1 + IB 1
Ændring af IC1 som vi gjorde tidligere, får vi
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Nu som tidligere har vi set det
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 eller 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 }
Så den samlede kollektorstrøm IC er en kombinationsgevinst af individuelle transistors forstærkning.
Darlington Transistor Eksempel:
En 60W belastning med 15V indgangsspænding skal skiftes ved hjælp af to NPN-transistorer, hvilket skaber et Darlington-par. Den første transistorforstærkning vil være 30, og den anden transistorforstærkning vil være 95. Vi beregner basisstrømmen for at skifte belastning.
Som vi ved, når belastningen bliver tændt, vil den indsamler løbende være belastningsstrømmen. I henhold til strømloven vil samlerstrømmen (IC) eller belastningsstrømmen (IL) være
I L = I C = Effekt / spænding = 60/15 = 4 ampere
Da basisstrømforstærkningen for den første transistor vil være 30, og for den anden transistor vil være 95 (β1 = 30 og β2 = 95), kan vi beregne basisstrømmen med følgende ligning -
Så hvis vi anvender 1,3 mA strøm på den første transistorbase, skifter belastningen " ON ", og hvis vi anvender 0 mA strøm eller jordforbindes basen, vil belastningen blive slået " OFF ".
Darlington Transistor ansøgning:
Anvendelsen af Darlington-transistor er den samme som normal BJT-transistor.
I ovenstående billede bruges NPN Darlington-transistoren til at skifte belastning. Belastningen kan være alt fra induktiv eller resistiv belastning. Basemodstanden R1 leverer basisstrømmen til NPN Darlington-transistoren. R2-modstanden skal begrænse strømmen til belastningen. Det kan anvendes til specifikke belastninger, der har brug for strømbegrænsning i stabil drift. Som eksemplet antyder, at basestrømmen kræves meget lav, kan den let skiftes fra mikrokontroller eller digitale logiske enheder. Men når Darlington-parret er i et mættet område eller fuldt ud i stand, er der spændingsfald på tværs af basen og emitteren. Det er en største ulempe for et Darlington-par. Spændingsfaldet spænder fra.3V til 1.2v. På grund af dette spændingsfald bliver Darlington-transistoren varmere, når den er i fuldt tændt tilstand og leverer strøm til belastningen. På grund af konfigurationen er den anden modstand også tændt af den første modstand, Darlington Transistor producerer langsommere responstid. I sådanne tilfælde giver Sziklai-konfiguration fordel i forhold til responstid og termisk ydeevne.
En populær NPN Darlington-transistor er BC517.
I henhold til databladet for BC517 giver ovenstående graf DC-strømforstærkning på BC517. Tre kurver fra henholdsvis lavere til højere giver information om omgivelsestemperaturen. Hvis vi ser 25 graders omgivelsestemperaturkurve, er DC-strømforstærkning maksimal, når kollektorstrøm er omkring 150 mA.
Hvad er en identisk Darlington-transistor?
Identisk Darlington Transistor har to identiske par med nøjagtig samme specifikation med den samme strømforstærkning for hver enkelt. Det betyder, at den aktuelle forstærkning af den første transistor β1 er den samme som anden transistors nuværende forstærkning β2.
Ved hjælp af kollektorstrømsformlen vil den aktuelle forstærkning af den identiske transistor være-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Den nuværende gevinst vil være meget højere. NPN Darlington-pareksempler er TIP120, TIP121, TIP122, BC517 og PNP Darlington-pareksempler er BC516, BC878 og TIP125.
Darlington Transistor IC:
Darlington-par giver brugerne mulighed for at køre flere strømapplikationer med få milliamp strømkilde fra mikrocontroller eller kilder med lav strøm.
ULN2003 er en chip, der er meget udbredt inden for elektronik, der giver Darlington-arrays med høj strøm med syv output fra den åbne kollektor. ULN-familien består af ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, tre forskellige varianter i flere pakkeindstillinger. Den ULN2003 er meget udbredt variant i ULN serien. Denne enhed inkluderer undertrykkelsesdioder inde i det integrerede kredsløb, hvilket er en ekstra funktion til at drive induktiv belastning ved hjælp af denne.
Dette er den interne struktur af ULN2003 IC. Det er 16pin dip-pakke. Som vi kan se, er indgangs- og udgangsstiften nøjagtigt modsatte, på grund af det er det lettere at forbinde IC og gøre printkortdesignet mere forenklet.
Der er syv åbne samlestifter tilgængelige. En ekstra pin er også tilgængelig, som er nyttig til induktiv belastningsrelateret anvendelse, det kan være motorer, solenoider, relæer, som har brug for frihjulsdioder, vi kan oprette forbindelsen ved hjælp af den pin.
Indgangsstifterne er kompatible til brug med TTL eller CMOS, på den anden side er udgangsstifterne i stand til at synke høje strømme. I henhold til databladet er Darlington-parene i stand til at synke 500mA strøm og tåler 600mA peak-strøm.
På det øverste billede vises den aktuelle Darlington-arrayforbindelse for hver driver. Det bruges i syv drivere, hver driver består af dette kredsløb.
Når inputstifterne på ULN2003, fra pin 1 til pin 7, er forsynet med High, vil udgangen være lav, og den vil synke strøm gennem den. Og når vi leverer Low in input pin, vil output være i høj impedans tilstand, og det vil ikke synke strøm. Den tappen 9 anvendes til friløb diode; den skal altid være forbundet til VCC, når der skiftes induktiv belastning ved hjælp af ULN- serien. Vi kan også køre mere aktuelle applikationer ved at parallelle to par indgange og udgange, ligesom vi kan forbinde pin 1 med pin 2 og på den anden side kan forbinde pin 16 og 15 og parallelt to Darlington-par til kørsel af højere strømbelastninger.
ULN2003 bruges også til at køre trinmotorer med Microcontrollers.
Sådan skifter du motor ved hjælp af ULN2003 IC:
I denne video er motoren forbundet over en åben kollektorudgangsstift, på den anden side input, vi leverer cirka 500nA (.5mA) strøm og styrer 380mA strøm over motoren. Sådan kan en lille mængde basisstrøm styre meget højere kollektorstrøm i Darlington Transistor.
Når motoren bruges, er stiften 9 også forbundet over VCC for at give frihjulsbeskyttelse.
Modstanden giver lav pull up, hvilket gør indgangen LAV, når der ikke kommer strøm fra kilden, hvilket gør output med høj impedans til at stoppe motoren. Det omvendte sker, når der tilføres yderligere strøm på tværs af indgangsstiften.