Calcoli del transistor Darlington

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Il transistor Darlington è una connessione ben nota e popolare che utilizza una coppia di transistor a giunzione a transistor bipolare (BJT), progettati per funzionare come un 'superbo' transistor. Il diagramma seguente mostra i dettagli della connessione.

Diagramma di collegamento del transistor Darlington

Definizione

Un transistor Darlington può essere definito come una connessione tra due BJT che consente loro di formare un unico BJT composito acquisendo una notevole quantità di guadagno di corrente, che può variare tipicamente oltre mille.



Il vantaggio principale di questa configurazione è che il transistor composito si comporta come un unico dispositivo avente un potenziato guadagno attuale equivalente al prodotto dei guadagni di corrente di ciascun transistor.

Se la connessione Darlington comprende due BJT individuali con guadagni di corrente β1e βDueil guadagno di corrente combinato può essere calcolato utilizzando la formula:



bD= β1bDue-------- (12,7)

Quando vengono utilizzati transistor accoppiati in una connessione Darlington tale che β1= βDue= β, la formula sopra per il guadagno corrente viene semplificata come:

bD= βDue-------- (12,8)

Transistor Darlington confezionato

Grazie alla sua immensa popolarità, i transistor Darlington sono anche prodotti e disponibili già pronti in un unico pacchetto che ha due BJT cablati internamente come una sola unità.

La tabella seguente fornisce il foglio dati di una coppia Darlington di esempio all'interno di un singolo pacchetto.

Specifiche del transistor Darlington

Il guadagno di corrente indicato è il guadagno netto dei due BJT. L'unità viene fornita con 3 terminali standard all'esterno, ovvero base, emettitore, collettore.

Questo tipo di transistor Darlington confezionato ha caratteristiche esterne simili a un normale transistor ma ha un'uscita di guadagno di corrente molto elevata e migliorata, rispetto ai normali transistor singoli.

Come polarizzare DC un circuito a transistor Darlington

La figura seguente mostra un circuito Darlington comune che utilizza transistor con un guadagno di corrente β molto elevatoD.

Circuito di polarizzazione CC a transistor Darlington

Qui la corrente di base può essere calcolata utilizzando la formula:

ioB= VDC- VESSERE/ RB+ βDRE-------------- (12,9)

Sebbene possa sembrare simile al file equazione che viene normalmente applicata a qualsiasi BJT regolare , il valore βDnell'equazione di cui sopra sarà sostanzialmente più alto, e la VESSEREsarà relativamente più grande. Ciò è stato dimostrato anche nella scheda tecnica campione presentata nel paragrafo precedente.

Pertanto, la corrente dell'emettitore può essere calcolata come:

ioE= (βD+ 1) IB≈ βDioB-------------- (12.10)

La tensione CC sarà:


VE= IERE-------------- (12.11)

VB= VE+ VESSERE-------------- (12.12)

Risolto Esempio 1

Dai dati forniti nella figura seguente, calcolare le correnti di polarizzazione e le tensioni del circuito Darlington.

Circuito Darlington risolto in modo pratico

Soluzione : Applicando l'Eq. 12.9 la corrente di base è determinata come:

ioB= 18 V - 1,6 V / 3,3 MΩ + 8000 (390Ω) ≈ 2,56 μA

Applicando l'Eq. 12.10, la corrente dell'emettitore può essere valutata come:

ioE≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ IC

La tensione CC dell'emettitore può essere calcolata utilizzando l'equazione 12.11, come:

VE= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Infine la tensione del collettore può essere valutata applicando l'Eq. 12.12 come indicato di seguito:

VB= 8 V + 1,6 V = 9,6 V

In questo esempio la tensione di alimentazione al collettore del Darlington sarà:
VC= 18 V

Circuito Darlington AC equivalente

Nella figura mostrata di seguito, possiamo vedere un file Emettitore-follower BJT circuito collegato in modalità Darlington. Il terminale di base della coppia è collegato a un segnale di ingresso CA tramite il condensatore C1.

Il segnale ac in uscita ottenuto tramite il condensatore C2 è associato al terminale di emettitore del dispositivo.

Il risultato della simulazione della configurazione di cui sopra è presentato nella figura seguente. Qui il transistor Darlington può essere visto sostituito con un circuito equivalente in corrente alternata avente una resistenza di ingresso r io e una sorgente di corrente in uscita rappresentata come b D io b

L'impedenza di ingresso CA può essere calcolata come spiegato di seguito:

Corrente di base alternata che passa attraverso r io è:

iob= Vio- Vo/ rio---------- (12.13)

Da
Vo= (Ib+ βDiob) RE---------- (12.14)

Se applichiamo l'Eq 12.13 nell'Eq. 12.14 otteniamo:

iobrio= Vio- Vo= Vio- IOb(1 + βD) RE

Risolvendo quanto sopra per V io:

Vio= Ib[rio+ (1 + βD) RE]

Vio/ IOb= rio+ βDRE

Ora, esaminando la base del transistor, la sua impedenza di ingresso CA può essere valutata come:

CONio= RB॥ rio+ βDRE---------- (12.15)

Risolto Esempio 2

Ora risolviamo un esempio pratico per il design del seguitore di emettitore equivalente CA sopra:

Determina l'impedenza di ingresso del circuito, dato r io = 5 kΩ

Applicando l'Eq. 12.15 risolviamo l'equazione come indicato di seguito:

CONio= 3,3 MΩ॥ [5 kΩ + (8000) 390 Ω)] = 1,6 MΩ

Design pratico

Ecco un pratico design Darlington collegando un file Transistor di potenza 2N3055 con un transistor BC547 di piccolo segnale.

Un resistore da 100K viene utilizzato sul lato di ingresso del segnale per ridurre la corrente a pochi millamps.

Normalmente con una corrente così bassa alla base, il 2N3055 da solo non può mai illuminare un carico di corrente elevata come una lampadina da 12V 2 amp. Questo perché il guadagno di corrente di 2N3055 è molto basso per trasformare la bassa corrente di base in una corrente di collettore alta.

Tuttavia, non appena un altro BJT che è un BC547 qui è collegato con 2N3055 in una coppia Darlington, il guadagno di corrente unificato salta a un valore molto alto e consente alla lampada di brillare alla massima luminosità.

Il guadagno di corrente medio (hFE) di 2N3055 è di circa 40, mentre per BC547 è di 400. Quando i due vengono combinati come una coppia Darlington, il guadagno sale sostanzialmente a 40 x 400 = 16000, impressionante non è vero. Questo è il tipo di potenza che siamo in grado di ottenere da una configurazione di transistor Darlington, e un normale transistor dall'aspetto potrebbe essere trasformato in un dispositivo di grande valore con una semplice modifica.




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