达林顿晶体管(达林顿对)

在本教程中,我们将学习达林顿晶体管或达林顿对。亚博彩票下载我们将看到什么是使用达林顿对,几个示例电路,一些常见的应用和优点和缺点。

达林顿晶体管简介

达林顿晶体管或简单的达林顿对主要用于提供非常高的电流增益,即使在低的基极电流。达林顿构型是西德尼·达林顿在1953年发明的。

在今天的市场上,达林顿晶体管种类繁多,其极性、集电极电流、功耗、封装类型、最大CE电压等各不相同。

这些晶体管在不同类型的应用中找到,例如功率调节器,电机控制器,音频放大器等。许多光隔离电路由达林顿晶体管制成,以在输出级具有高电流容量。让我们简要介绍一个带有应用的晶体管。亚博彩票下载

达林顿晶体管
达林顿晶体管

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为什么我们使用达灵顿晶体管?

我们知道,当基极作为输入端连接,发射极作为共极连接,集电极作为输出端连接时,要将晶体管驱动到导通模式,就需要一个小的基极电流。

但是,当我们考虑集电极端的负载时,这个小的基极电流可能不足以驱动晶体管导通。晶体管的电流增益或beta是集电极电流与基极电流的比值。

晶体管增益或电流增益(β)=负载或集电极电流/输入或基极电流

负载电流=电流增益(β) ×基电流

对于正常晶体管β值为100。

上述关系式告诉我们,可用来驱动负载的电流是晶体管输入电流的100倍。

考虑下面的图,NPN晶体管是用来开关灯与可变电阻之间连接的源和基端。这里,在这个电路中,基极电流是决定流经集电极和发射极的电流的唯一因素,因此通过改变可变电阻的电阻,光将从暗淡发光到非常明亮。

如果可变电阻的电阻值更大,基极电流减小,晶体管就变成OFF。当电阻过小时,会有足够的电流流过底座,从而产生很大的电流流过灯具,使灯具变得更亮。这是晶体管中的电流放大。

标准单晶硅开关
标准单晶硅开关

在上面的例子中,我们已经看到了使用单晶体管驱动负载(灯)。但在某些应用中,来自源的输入基极电流可能不足以驱动负载。我们知道晶体管中的负载电流是晶体管的输入电流和增益的乘积。

由于供应源不可能增加基极电流,增加负载电流能力的唯一方法是增加晶体管的增益。但是对于每个晶体管,它也是固定的。然而,我们可以通过使用两个晶体管的组合来增加增益。这种结构称为达林顿晶体管结构。

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达林顿晶体管或达林顿对子

达林顿晶体管是两个晶体管背对背的连接,作为一个完整的封装,具有三个引线基极、发射极和集电极,相当于单个晶体管。与上面提到的单标准晶体管相比,双极晶体管提供了非常高的电流增益。

一对这些晶体管可以是PNP或NPN取决于所使用的应用。下图显示了具有NPN的Darlington对配置以及PNP晶体管。

达林顿晶体管配置
达林顿晶体管配置

考虑达林顿晶体管的NPN结构。在这种情况下,非常小的基极电流引起大的发射极电流流动,然后施加到下一个晶体管的基极上。

第一晶体管中的放大电流再次通过第二晶体管的电流增益放大。因此,第二晶体管的发射极电流非常大,其足够高以驱动高负载。

假设如果第一晶体管的电流增益是β1,并且下一个晶体管的电流增益是β2,则晶体管的整体电流增益将是β1和β2的乘积。对于标准晶体管β为100.因此整个电流增益为10000.与单个晶体管相比,该值非常高,因此该值高电流增益提供高负载电流。

通常,要打开晶体管,基极输入电压必须大于0.7V。由于在这种配置中使用了两个晶体管,因此基极电压必须大于1.4V。

从图中,第一晶体管的电流增益

β1= I.C1/我B1,

所以我C11B1

同样,下一个晶体管的电流增益,

β2= I.C2/我B2,然后我C22B2

收藏家的总电流是我C= I.C1+ I.C2

C1B1+β.2B2

但是第二个晶体管的基极电流,

B2= I.B+我C1

B21B+我B

B2= I.B(1 +β1

在上面的等式中取代,

C1B+β.2B(1 +β1

C= I.B1+β.2+β.1β2

在上述关系中,忽略了个体收益,总方程近似为

C= I.B1β2

这是总增益,

β=(β1β2

并且V= V.BE1+ VBE2。

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达林顿晶体管电路的例子

考虑下面的电路,达林顿对用于开关额定为12V和80W的负载。第一、二晶体管的电流增益分别为50和60。因此,下面计算出使灯完全ON所需的基极电流。

达林顿晶体管电路
达林顿晶体管电路

收集电流等于负载电流,

C= 80/12 = 6.67 a

达林顿晶体管的输出电流为Ic = IB1+β.2+β.1β2),

B= I.C/(β1+β.2+β.1β2

目前的收益,β1= 50和β2= 60.

所以,我B= 6.67 /(50 + 60 +(60×50))

B= 2.2 ma.

从上面的计算,很明显,小的基极电流,我们可以切换较大的灯负载。这个小的基极输入电压可以应用于任何微控制器输出或任何数字逻辑电路。

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达林顿晶体管的应用

达林顿晶体管主要用于开关和放大应用,提供非常高的直流电流增益。一些关键的应用是高侧和低侧开关,传感器放大器和音频放大器。对于光敏应用,使用photodarlingtons。让我们看看达林顿晶体管在特定应用中的操作。

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NPN达林顿晶体管作为开关

下图显示了使用Darlington晶体管的LED驱动。基站处的开关也可以用触摸传感器替换,使得用于触摸感测LED开启。100K欧姆电阻用作该对晶体管的保护电阻。

达林顿晶体管作为开关
达林顿晶体管作为开关
  • 当开关关闭时,达灵顿晶体管施加大于1.4V的指定电压。这使得达林顿对成为活跃并通过负载驱动电流。这导致LED焕发非常明亮,即使在基地的电阻变化也是如此。
  • 当开关打开时,两个双极晶体管都处于截止模式,通过负载的电流为零。所以LED变成了OFF。
  • 也可以使用达林顿对来驱动电感负载,如继电器,电机。与单晶体管相比,用达林顿对驱动电感负载更有效,因为它提供了一个小的基输入电流高负载电流。
  • 下图显示了驱动继电器线圈的达林顿对。如我们所知,对于电感载荷,需要平行的续流二极管来保护电路对抗诱导电流。类似于上述LED电路操作,当施加基极电流时,继电器线圈通电。我们还可以使用DC电机作为电感载荷代替继电器线圈。
达林顿晶体管到开关继电器
达林顿晶体管到开关继电器

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PNP Darlington晶体管作为开关

  • 我们可以使用PNP晶体管作为达林顿对,但最常用的是NPN晶体管。使用NPN或PNP的电路没有太大的区别。下图是一个简单的传感器电路,该电路具有达林顿对的功能,可以发出警报。
  • 该电路是简单的水位指示器,其中达林顿对用作开关。我们知道该晶体管配置提供了大集电极电流,因此它能够在输出处驱动蜂鸣器。
  • 当水位不足以关闭传感器时,达林顿晶体管处于OFF状态。因此,电路变得断开,没有电流流过它。
  • 随着水位的增加,传感器变得活跃,并给达林顿对提供必要的基础电流。因此,电路变得短路,负载电流流动,蜂鸣器发出警报或声音。
PNP Darlington晶体管作为开关
PNP Darlington晶体管作为开关

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达林顿晶体管作为放大器

在功率放大器或电压放大器的情况下,输出端的负载电阻非常低,因而产生大电流。如果晶体管用于放大,则电流流过晶体管的集电极。为了能够适应功率放大器,晶体管必须驱动高负载电流。

通过由小碱基电流驱动的单个晶体管,可以不可能实现该要求。为了满足高负荷电流要求,使用达林顿对,提供高电流增益。

达林顿晶体管作为放大器
达林顿晶体管作为放大器

上图显示了a类放大器电路,使用达林顿晶体管配置有一个高集电极电流。达林顿晶体管提供的增益等于两个单独增益的乘积。

因此,在基极电流很小的情况下,集电极端输出电流非常大。所以在达林顿晶体管的安排下,这个放大器为负载提供了足够的放大电流。

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达林顿的优势

与标准单晶硅相比,达林顿对具有几个优点。他们之中有一些是

  • 它产生比标准单晶体管高的电流增益
  • 它提供了一个非常高的输入阻抗或良好的阻抗转换,它可以改变高阻抗输入或源低阻抗负载。
  • 这些可以由两个单独的晶体管制成,或者具有单个封装。
  • 由于使用的元件少,电路配置简单方便。
  • 在光电-达林顿对的情况下,引入的噪声非常少的光电晶体管与外部放大器。

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达林顿晶体管的缺点

  • 开关速度很低
  • 带宽是有限的
  • 在负反馈电路中的某些频率下,该配置引入了相移。
  • 所需的基极电压高,是单个标准晶体管的两倍。
  • 饱和电压高,功耗高。
  • 总漏电流很高,因为第一晶体管的漏电流由下一个晶体管放大。这就是为什么达灵顿的三个或更多阶段是不可能的。

因此,达林顿对在大多数应用中非常有用,因为它在低基流电流下提供高电流增益。虽然它具有一些限制,但这些对在不需要高频响应的应用中广泛使用,并且需要高增益电流水平。

在音频功率放大电路中,这种配置可以提供更好的输出。我们希望这篇文章提供了关于这个主题的高质量信息。如果你觉得这些内容是有用的和信息丰富的,不要犹豫,在下面的评论部分给我们写你的评论。

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前场效应晶体管作为开关

请参阅《晶体管入门》

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