- Darlington Transistor Pair και η διαμόρφωσή του:
- Υπολογισμός τρέχοντος κέρδους ζεύγους Darlington Transistor:
- Παράδειγμα τρανζίστορ Darlington:
- Εφαρμογή τρανζίστορ Darlington:
- Τι είναι το πανομοιότυπο τρανζίστορ Darlington;
- Darlington Transistor IC:
- Αλλαγή κινητήρα με χρήση ULN2003 IC:
Το τρανζίστορ Darlington εφευρέθηκε το 1953, από έναν αμερικανό ηλεκτρολόγο μηχανικό και εφευρέτη, Sidney Darlington.
Το τρανζίστορ Darlington χρησιμοποιεί δύο τυπικά τρανζίστορ BJT (διπολικό τρανζίστορ διασταύρωσης) που συνδέονται μεταξύ τους. Το τρανζίστορ Darlington συνδέεται σε μια διαμόρφωση όπου ένας εκπομπός τρανζίστορ παρέχει μεροληπτικό ρεύμα στη βάση του άλλου τρανζίστορ.
Darlington Transistor Pair και η διαμόρφωσή του:
Αν δούμε το σύμβολο του τρανζίστορ του Ντάρλινγκτον, μπορούμε να δούμε ξεκάθαρα πώς συνδέονται δύο τρανζίστορ. Στις παρακάτω εικόνες, εμφανίζονται δύο τύποι τρανζίστορ Darlington. Στην αριστερή πλευρά είναι το NPN Darlington και στην άλλη πλευρά είναι το PNP Darlington. Μπορούμε να δούμε ότι το NPN Darlington αποτελείται από δύο τρανζίστορ NPN και το PNP Darlington αποτελείται από δύο τρανζίστορ PNP. Ο εκπομπός του πρώτου τρανζίστορ συνδέεται απευθείας στη βάση άλλων τρανζίστορ, ενώ επίσης ο συλλέκτης των δύο τρανζίστορ συνδέεται μεταξύ τους. Αυτή η διαμόρφωση χρησιμοποιείται τόσο για τρανζίστορ NPN όσο και για PNP Darlington. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, το ζεύγος ή το τρανζίστορ Darlington παράγει πολύ υψηλότερο κέρδος και μεγάλες δυνατότητες ενίσχυσης.
Ένα κανονικό τρανζίστορ BJT (NPN ή PNP) μπορεί να λειτουργήσει μεταξύ δύο καταστάσεων, ON και OFF. Πρέπει να παρέχουμε ρεύμα στη βάση που ελέγχει το ρεύμα συλλέκτη. Όταν παρέχουμε αρκετό ρεύμα στη βάση, το BJT μπαίνει σε κατάσταση κορεσμού και το ρεύμα ρέει από τον συλλέκτη στον πομπό. Αυτό το ρεύμα συλλέκτη είναι άμεσα ανάλογο με το ρεύμα βάσης. Η αναλογία ρεύματος βάσης και ρεύματος συλλέκτη ονομάζεται κέρδος ρεύματος τρανζίστορ που δηλώνεται ως Beta (β). Στο τυπικό τρανζίστορ BJT το τρέχον κέρδος είναι περιορισμένο ανάλογα με τις προδιαγραφές τρανζίστορ. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις η εφαρμογή χρειάζεται περισσότερο τρέχον κέρδος που δεν μπορούσε να παρέχει ένα τρανζίστορ BJT. οΤο ζευγάρι Darlington είναι ιδανικό για την εφαρμογή όπου απαιτείται υψηλό τρέχον κέρδος.
Διαμόρφωση πολλαπλής:
Ωστόσο, η διαμόρφωση που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, χρησιμοποιεί είτε δύο PNP είτε δύο NPN, υπάρχουν άλλες ρυθμίσεις του Darlington ή η διασταύρωση διατίθεται επίσης, όπου ένα PNP χρησιμοποιείται με το NPN ή ένα NPN χρησιμοποιείται με το PNP. Αυτός ο τύπος διασταυρούμενης διαμόρφωσης ονομάζεται διαμόρφωση ζευγαριού Sziklai Darlington ή διαμόρφωση Push-Pull.
Στην παραπάνω εικόνα εμφανίζονται τα ζεύγη Sziklai Darlington. Αυτή η διαμόρφωση παράγει λιγότερη θερμότητα και έχει πλεονεκτήματα σχετικά με το χρόνο απόκρισης. Θα το συζητήσουμε αργότερα. Χρησιμοποιείται για ενισχυτή κατηγορίας ΑΒ ή όπου απαιτούνται τοπολογίες Push-Pull.
Εδώ είναι μερικά έργα όπου χρησιμοποιήσαμε τα Darlington Transistors:
- Δημιουργία τόνων πατώντας Fingers χρησιμοποιώντας το Arduino
- Απλό κύκλωμα ανιχνευτή ψεύδους χρησιμοποιώντας τρανζίστορ
- Κύκλωμα πομπού IR μεγάλου εύρους
- Line Follower Robot χρησιμοποιώντας το Arduino
Υπολογισμός τρέχοντος κέρδους ζεύγους Darlington Transistor:
Στην παρακάτω εικόνα μπορούμε να δούμε δύο τρανζίστορ PNP ή δύο NPN συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Το συνολικό τρέχον κέρδος του ζεύγους Darlington θα είναι-
Τρέχον κέρδος (hFE) = Πρώτο κέρδος τρανζίστορ (hFE 1) * Δεύτερο κέρδος τρανζίστορ (hFE 2)
Στην παραπάνω εικόνα, δύο τρανζίστορ NPN δημιούργησαν μια διαμόρφωση NPN Darlington. Τα δύο τρανζίστορ NPN T1 και T2 συνδέονται μεταξύ τους με μια σειρά όπου, οι συλλέκτες T1 και T2 είναι συνδεδεμένοι. Το πρώτο τρανζίστορ T1 παρέχει το απαιτούμενο ρεύμα βάσης (IB2) στη βάση του δεύτερου τρανζίστορ T2. Έτσι, το ρεύμα βάσης IB1, το οποίο ελέγχει το Τ1 ελέγχει τη ροή ρεύματος στη βάση του Τ2.
Έτσι, το συνολικό κέρδος ρεύματος (β) επιτυγχάνεται, όταν είναι το ρεύμα συλλέκτη
β * IB ως hFE = fFE 1 * hFE 2
Καθώς δύο συλλέκτες τρανζίστορ συνδέονται μεταξύ τους, το συνολικό ρεύμα συλλέκτη (IC) = IC1 + IC2
Τώρα, όπως συζητήθηκε παραπάνω, λαμβάνουμε το τρέχον Συλλεκτικό β * IB 1
Σε αυτήν την περίπτωση, το τρέχον κέρδος είναι ενότητα ή μεγαλύτερο από ένα.
Ας δούμε πώς το τρέχον κέρδος είναι ο πολλαπλασιασμός του τρέχοντος κέρδους των δύο τρανζίστορ.
Το IB2 ελέγχεται από το ρεύμα εκπομπής T1, που είναι το IE1. Το IE1 συνδέεται απευθείας μέσω του T2. Έτσι, τα IB2 και IE1 είναι ίδια.
IB2 = IE1.
Μπορούμε να αλλάξουμε περαιτέρω αυτήν τη σχέση
IC 1 + IB 1
Αλλάζοντας το IC1 όπως κάναμε προηγουμένως, έχουμε
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Τώρα όπως προηγουμένως, το έχουμε δει
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 ή 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 }
Έτσι, το συνολικό ρεύμα συλλέκτη είναι ένα συνδυαστικό κέρδος μεμονωμένων κερδών τρανζίστορ.
Παράδειγμα τρανζίστορ Darlington:
Ένα φορτίο 60W με τάση εισόδου 15V πρέπει να αλλάξει χρησιμοποιώντας δύο τρανζίστορ NPN, δημιουργώντας ένα ζευγάρι Darlington. Το πρώτο κέρδος τρανζίστορ θα είναι 30 και το δεύτερο κέρδος τρανζίστορ θα είναι 95. Θα υπολογίσουμε το ρεύμα βάσης για την αλλαγή του φορτίου.
Όπως γνωρίζουμε, όταν το φορτίο θα ενεργοποιηθεί, το ρεύμα συλλέκτη θα είναι το ρεύμα φόρτωσης. Σύμφωνα με το νόμο ισχύος, το ρεύμα συλλέκτη (IC) ή το ρεύμα φόρτωσης (IL) θα είναι
I L = I C = Ισχύς / Τάση = 60/15 = 4Amps
Καθώς το κέρδος ρεύματος βάσης για το πρώτο τρανζίστορ θα είναι 30 και για το δεύτερο τρανζίστορ θα είναι 95 (β1 = 30 και β2 = 95) μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα βάσης με την ακόλουθη εξίσωση -
Έτσι, εάν εφαρμόσουμε 1,3mA ρεύματος στην πρώτη βάση τρανζίστορ, το φορτίο θα αλλάξει " ON " και εάν εφαρμόσουμε ρεύμα 0 mA ή γειωμένο στη βάση, το φορτίο θα αλλάξει " OFF ".
Εφαρμογή τρανζίστορ Darlington:
Η εφαρμογή του τρανζίστορ Darlington είναι ίδια με το κανονικό τρανζίστορ BJT.
Στην παραπάνω εικόνα το τρανζίστορ NPN Darlington χρησιμοποιείται για την αλλαγή του φορτίου. Το φορτίο μπορεί να είναι οτιδήποτε από Επαγωγικό ή Ανθεκτικό φορτίο. Η βασική αντίσταση R1 παρέχει το ρεύμα βάσης στο τρανζίστορ NPN Darlington. Η αντίσταση R2 είναι να περιορίσει το ρεύμα στο φορτίο. Ισχύει για συγκεκριμένα φορτία που χρειάζονται περιορισμό ρεύματος σε σταθερή λειτουργία. Όπως δείχνει το παράδειγμα ότι το βασικό ρεύμα απαιτείται πολύ χαμηλό, μπορεί να αλλάξει εύκολα από μονάδες μικροελεγκτή ή ψηφιακή λογική. Αλλά όταν το ζεύγος Darlington βρίσκεται σε κορεσμένη περιοχή ή είναι πλήρως σε κατάσταση, υπάρχει πτώση τάσης στη βάση και τον πομπό. Είναι ένα βασικό μειονέκτημα για ένα ζευγάρι Darlington. Η πτώση τάσης κυμαίνεται από.3V έως 1.2v. Λόγω αυτής της πτώσης τάσης, το τρανζίστορ του Ντάρλινγκτον ζεσταίνεται όταν είναι σε πλήρη λειτουργία και τροφοδοτεί ρεύμα στο φορτίο. Επίσης, λόγω της διαμόρφωσης, η δεύτερη αντίσταση είναι ενεργοποιημένη από την πρώτη αντίσταση, το Darlington Transistor παράγει βραδύτερο χρόνο απόκρισης. Σε τέτοια περίπτωση, η διαμόρφωση Sziklai παρέχει πλεονέκτημα έναντι του χρόνου απόκρισης και της θερμικής απόδοσης.
Ένα δημοφιλές τρανζίστορ NPN Darlington είναι BC517.
Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων του BC517, το παραπάνω γράφημα παρέχει συνεχές κέρδος DC του BC517. Τρεις καμπύλες από χαμηλότερες σε υψηλότερες αντίστοιχα παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αν δούμε την καμπύλη θερμοκρασίας περιβάλλοντος 25 μοιρών, το κέρδος ρεύματος DC είναι το μέγιστο όταν το ρεύμα συλλέκτη είναι περίπου 150mA.
Τι είναι το πανομοιότυπο τρανζίστορ Darlington;
Το πανομοιότυπο τρανζίστορ Darlington έχει δύο ίδια ζεύγη με ακριβώς την ίδια προδιαγραφή με το ίδιο κέρδος ρεύματος για κάθε ένα. Αυτό σημαίνει ότι το τρέχον κέρδος του πρώτου τρανζίστορ β1 είναι ίδιο με το δεύτερο τρανζίστορ ρεύμα κέρδος β2.
Χρησιμοποιώντας τον τύπο τρέχοντος συλλέκτη, το τρέχον κέρδος του πανομοιότυπου τρανζίστορ θα είναι-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Το τρέχον κέρδος θα είναι πολύ υψηλότερο. Τα παραδείγματα ζευγών NPN Darlington είναι τα παραδείγματα ζευγών TIP120, TIP121, TIP122, BC517 και PNP Darlington είναι BC516, BC878 και TIP125.
Darlington Transistor IC:
Το ζεύγος Darlington επιτρέπει στους χρήστες να οδηγούν περισσότερες εφαρμογές ισχύος με λίγα χιλιοστά της τρέχουσας πηγής από μικροελεγκτή ή πηγές χαμηλού ρεύματος.
Το ULN2003 είναι ένα τσιπ ευρέως χρησιμοποιούμενο στα ηλεκτρονικά που παρέχουν συστοιχίες υψηλού ρεύματος Darlington με επτά ανοιχτές συλλογές. Η οικογένεια ULN αποτελείται από ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, τρεις διαφορετικές παραλλαγές σε πολλές επιλογές πακέτων. Το ULN2003 χρησιμοποιείται ευρέως σε σειρά ULN. Αυτή η συσκευή περιλαμβάνει διόδους καταστολής μέσα στο ολοκληρωμένο κύκλωμα, το οποίο είναι ένα επιπλέον χαρακτηριστικό για την οδήγηση επαγωγικού φορτίου χρησιμοποιώντας αυτό.
Αυτή είναι η εσωτερική δομή του ULN2003 IC. Είναι συσκευασία 16pin dip. Όπως μπορούμε να δούμε ο ακροδέκτης εισόδου και εξόδου είναι ακριβώς αντίθετος, λόγω αυτού είναι ευκολότερο να συνδέσετε το IC και να κάνετε τον σχεδιασμό PCB πιο απλοϊκό.
Υπάρχουν επτά ανοιχτές καρφίτσες συλλέκτη. Διατίθεται επίσης ένας πρόσθετος πείρος που είναι χρήσιμος για επαγωγική εφαρμογή που σχετίζεται με το φορτίο, μπορεί να είναι κινητήρες, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, ρελέ, που χρειάζονται διόδους ελεύθερης περιστροφής, μπορούμε να κάνουμε τη σύνδεση χρησιμοποιώντας αυτόν τον πείρο.
Οι ακίδες εισόδου είναι συμβατές για χρήση με TTL ή CMOS, από την άλλη πλευρά οι ακίδες εξόδου μπορούν να βυθίσουν υψηλά ρεύματα. Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων, τα ζεύγη Darlington είναι ικανά να βυθίσουν 500mA ρεύματος και μπορούν να ανεχθούν 600mA ρεύματος αιχμής.
Στην επάνω εικόνα εμφανίζεται η πραγματική σύνδεση συστοιχίας Darlington για κάθε πρόγραμμα οδήγησης. Χρησιμοποιείται σε επτά προγράμματα οδήγησης, κάθε πρόγραμμα οδήγησης αποτελείται από αυτό το κύκλωμα.
Όταν οι ακίδες εισόδου του ULN2003, από τον ακροδέκτη 1 έως τον ακροδέκτη 7, παρέχονται με υψηλή, η έξοδος θα είναι χαμηλή και θα βυθίζεται ρεύμα μέσω αυτής. Και όταν παρέχουμε πείρο χαμηλής εισόδου, η έξοδος θα είναι σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης και δεν θα βυθιστεί ρεύμα. Ο πείρος 9 χρησιμοποιείται για δίοδο ελεύθερου τροχού. Θα πρέπει πάντα να συνδέεται με το VCC, όταν αλλάζει οποιοδήποτε επαγωγικό φορτίο χρησιμοποιώντας τη σειρά ULN. Μπορούμε επίσης να οδηγήσουμε περισσότερες τρέχουσες εφαρμογές παραλληλίζοντας τις εισόδους και τις εξόδους δύο ζευγαριών, όπως μπορούμε να συνδέσουμε τον πείρο 1 με τον πείρο 2 και από την άλλη να μπορούμε να συνδέσουμε τους πείρους 16 και 15 και παράλληλα δύο ζεύγη Darlington για οδήγηση υψηλότερων φορτίων ρεύματος.
Το ULN2003 χρησιμοποιείται επίσης για την οδήγηση βηματικών κινητήρων με μικροελεγκτές.
Αλλαγή κινητήρα με χρήση ULN2003 IC:
Σε αυτό το βίντεο ο κινητήρας είναι συνδεδεμένος σε έναν ανοικτό ακροδέκτη εξόδου συλλέκτη, από την άλλη πλευρά, η είσοδος, παρέχουμε περίπου 500nA (.5mA) ρεύμα και ελέγχουμε 380mA ρεύματος σε ολόκληρο τον κινητήρα. Με αυτόν τον τρόπο η μικρή ποσότητα ρεύματος βάσης μπορεί να ελέγξει πολύ υψηλότερο ρεύμα συλλέκτη στο Darlington Transistor.
Επίσης, καθώς χρησιμοποιείται μοτέρ , ο πείρος 9 συνδέεται σε VCC για να παρέχει προστασία σε ελεύθερη περιστροφή.
Η αντίσταση παρέχει χαμηλή ανύψωση, κάνοντας την είσοδο ΧΑΜΗΛΗ όταν δεν προέρχεται ροή ρεύματος από την πηγή, γεγονός που καθιστά την υψηλή αντίσταση εξόδου σταματώντας τον κινητήρα. Το αντίστροφο θα συμβεί όταν εφαρμοστεί πρόσθετο ρεύμα στον πείρο εισόδου.