Cặp bóng bán dẫn Darlington

Bóng bán dẫn Darlington được phát minh vào năm 1953, bởi một kỹ sư điện và nhà phát minh người Mỹ, Sidney Darlington.

Bóng bán dẫn Darlington sử dụng hai bóng bán dẫn BJT ( bóng bán dẫn tiếp giáp hai cực) tiêu chuẩn được kết nối với nhau. Bóng bán dẫn Darlington được kết nối trong một cấu hình trong đó một trong những bộ phát của bóng bán dẫn cung cấp dòng điện phân cực cho cơ sở của bóng bán dẫn kia.

Cặp bóng bán dẫn Darlington và cấu hình của nó:

Nếu chúng ta nhìn thấy biểu tượng của Darlington Transistor, chúng ta có thể thấy rõ hai bóng bán dẫn được kết nối như thế nào. Trong các hình ảnh dưới đây, hai loại bóng bán dẫn Darlington được hiển thị. Ở phía bên trái là NPN Darlington và ở phía bên kia là PNP Darlington. Chúng ta có thể thấy NPN Darlington bao gồm hai bóng bán dẫn NPN và PNP Darlington bao gồm hai bóng bán dẫn PNP. Bộ phát của bóng bán dẫn đầu tiên được kết nối trực tiếp qua đế của bóng bán dẫn khác, cũng là bộ thu của hai bóng bán dẫn được kết nối với nhau. Cấu hình này được sử dụng cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP Darlington. Trong cấu hình này, cặp hoặc bóng bán dẫn Darlington tạo ra độ lợi cao hơn nhiều và khả năng khuếch đại lớn.

Một bóng bán dẫn BJT bình thường (NPN hoặc PNP) có thể hoạt động giữa hai trạng thái, BẬT và TẮT. Chúng ta cần cung cấp dòng điện cho đế điều khiển dòng điện của bộ thu. Khi chúng tôi cung cấp đủ dòng điện cho đế, BJT đi vào chế độ bão hòa và dòng điện chạy từ bộ thu đến bộ phát. Dòng điện thu này tỷ lệ thuận với dòng điện cơ bản. Tỷ số giữa dòng điện cơ bản và dòng điện thu được gọi là độ lợi dòng điện của bóng bán dẫn được ký hiệu là Beta (β). Trong bóng bán dẫn BJT điển hình, độ lợi dòng điện bị giới hạn tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của bóng bán dẫn. Nhưng trong một số trường hợp, ứng dụng cần thêm dòng điện mà một bóng bán dẫn BJT đơn lẻ không thể cung cấp. CácCặp Darlington hoàn hảo cho ứng dụng cần độ lợi dòng điện cao.

Cấu hình chéo:

Tuy nhiên, cấu hình hiển thị trong hình trên, sử dụng hai PNP hoặc hai NPN, có cấu hình Darlington khác hoặc cấu hình chéo cũng có sẵn, trong đó PNP được sử dụng với NPN hoặc NPN được sử dụng với PNP. Loại cấu hình chéo này được gọi là cấu hình cặp Sziklai Darlington hoặc cấu hình Push-Pull.

Trong hình trên, các cặp Sziklai Darlington được hiển thị. Cấu hình này tạo ra ít nhiệt hơn và có lợi thế về thời gian đáp ứng. Chúng ta sẽ thảo luận về nó sau. Nó được sử dụng cho bộ khuếch đại lớp AB hoặc những nơi cần cấu trúc liên kết Đẩy-Kéo.

Dưới đây là một số dự án mà chúng tôi sử dụng Bóng bán dẫn Darlington:

• Tạo âm bằng cách nhấn ngón tay bằng Arduino
• Mạch phát hiện nói dối đơn giản sử dụng bóng bán dẫn
• Mạch phát hồng ngoại tầm xa
• Robot theo dòng sử dụng Arduino

Tính toán độ lợi dòng điện của cặp bóng bán dẫn Darlington:

Trong hình ảnh dưới đây, chúng ta có thể thấy hai PNP hoặc hai bóng bán dẫn NPN được kết nối với nhau.

Mức tăng tổng thể hiện tại của cặp Darlington sẽ là-

Độ lợi hiện tại (hFE) = Độ lợi bóng bán dẫn đầu tiên (hFE ₁) * Độ lợi bóng bán dẫn thứ hai (hFE ₂)

Trong hình trên, hai bóng bán dẫn NPN đã tạo ra cấu hình NPN Darlington. Hai bóng bán dẫn NPN T1 và T2 được nối với nhau theo thứ tự trong đó, các cực thu của T1 và T2 được nối với nhau. Bóng bán dẫn đầu tiên T1 cung cấp dòng điện cơ bản cần thiết (IB2) cho bóng bán dẫn thứ hai T2 '. Vì vậy, dòng điện cơ bản IB1, điều khiển T1 đang điều khiển dòng điện tại cơ sở của T2.

Vì vậy, tổng mức tăng hiện tại (β) đạt được, khi dòng thu là

β * IB dưới dạng hFE = fFE ₁ * hFE ₂

Khi hai bộ thu bán dẫn được kết nối với nhau, Tổng dòng thu (IC) = IC1 + IC2

Bây giờ như đã thảo luận ở trên, chúng ta nhận được dòng điện của Collector β * IB ₁

Trong tình huống này, lợi ích hiện tại là thống nhất hoặc lớn hơn một.

Hãy xem cách tăng hiện tại là nhân của mức tăng hiện tại của hai bóng bán dẫn.

IB2 được điều khiển bởi dòng phát của T1, là IE1. IE1 được kết nối trực tiếp qua T2. Vì vậy, IB2 và IE1 giống nhau.

IB2 = IE1.

Chúng ta có thể thay đổi mối quan hệ này hơn nữa với

IC ₁ + IB ₁

Thay đổi IC1 như chúng tôi đã làm trước đây, chúng tôi nhận được

β ₁ IB ₁ + IB ₁ IB ₁ (β ₁ + 1)

Bây giờ như trước đây, chúng tôi đã thấy rằng

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

Vì vậy, tổng dòng điện cực góp của IC là độ lợi tổ hợp của độ lợi bóng bán dẫn riêng lẻ.

Ví dụ về bóng bán dẫn Darlington:

Cần chuyển đổi tải 60W với điện áp đầu vào 15V bằng hai bóng bán dẫn NPN, tạo ra một cặp Darlington. Độ lợi của bóng bán dẫn đầu tiên sẽ là 30 và độ lợi của bóng bán dẫn thứ hai sẽ là 95. Chúng tôi sẽ tính toán dòng điện cơ bản để chuyển tải.

Như chúng ta biết, khi tải sẽ được bật, dòng thu sẽ là dòng tải. Theo luật công suất, dòng thu (IC) hoặc dòng tải (IL) sẽ là

I _L = I _C = Power / Voltage = 60/15 = 4Amps

Vì mức tăng dòng cơ bản đối với bóng bán dẫn đầu tiên sẽ là 30 và đối với bóng bán dẫn thứ hai sẽ là 95 (β1 = 30 và β2 = 95), chúng ta có thể tính dòng điện cơ bản với phương trình sau:

Vì vậy, nếu chúng ta áp dụng dòng điện 1,3mA trên đế bóng bán dẫn đầu tiên, Tải sẽ chuyển “ BẬT ” và nếu chúng ta áp dụng dòng điện 0 mA hoặc nối đất, tải sẽ chuyển sang “ TẮT ”.

Ứng dụng bóng bán dẫn Darlington:

Ứng dụng của bóng bán dẫn Darlington cũng giống như bóng bán dẫn BJT bình thường.

Trong hình trên, bóng bán dẫn NPN Darlington được sử dụng để chuyển tải. Tải có thể là bất kỳ thứ gì từ tải cảm ứng hoặc tải điện trở. Điện trở cơ bản R1 cung cấp dòng điện cơ bản cho bóng bán dẫn NPN Darlington. Điện trở R2 là để hạn chế dòng điện cho tải. Nó áp dụng cho các tải cụ thể cần giới hạn dòng điện trong hoạt động ổn định. Như ví dụ cho thấy rằng dòng điện cơ bản yêu cầu rất thấp, nó có thể được chuyển đổi dễ dàng từ các đơn vị Vi điều khiển hoặc Lôgic kỹ thuật số. Nhưng khi cặp Darlington ở trong vùng bão hòa hoặc trong điều kiện hoàn toàn, sẽ có sự sụt giảm điện áp trên cơ sở và bộ phát. Đó là một bất lợi chính đối với một cặp Darlington. Điện áp rơi từ.3V đến 1.2v. Do sự sụt giảm điện áp này, bóng bán dẫn Darlington trở nên nóng hơn khi ở chế độ bật hoàn toàn và cung cấp dòng điện cho tải. Ngoài ra, do cấu hình mà điện trở thứ hai được bật bởi điện trở thứ nhất, Transistor Darlington tạo ra thời gian đáp ứng chậm hơn. Trong trường hợp đó, cấu hình Sziklai mang lại lợi thế về thời gian phản hồi và hiệu suất nhiệt.

Một bóng bán dẫn NPN Darlington phổ biến là BC517.

Theo biểu dữ liệu của BC517, biểu đồ trên cung cấp mức tăng dòng DC của BC517. Ba đường cong lần lượt từ thấp hơn đến cao hơn cung cấp thông tin về nhiệt độ môi trường. Nếu chúng ta nhìn thấy đường cong nhiệt độ môi trường 25 độ, thì mức tăng dòng điện một chiều là tối đa khi dòng điện thu là khoảng 150mA.

Transistor Darlington giống hệt nhau là gì?

Transistor Darlington giống hệt nhau có hai cặp giống hệt nhau với đặc điểm kỹ thuật chính xác giống nhau với cùng mức tăng dòng cho mỗi cặp. Điều đó có nghĩa là độ lợi hiện tại của bóng bán dẫn thứ nhất β1 cũng giống như độ lợi dòng điện của bóng bán dẫn thứ hai β2.

Sử dụng công thức dòng thu, độ lợi hiện tại của Transistor giống hệt sẽ-

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

Mức tăng hiện tại sẽ cao hơn nhiều. Ví dụ về cặp NPN Darlington là TIP120, TIP121, TIP122, BC517 và ví dụ về cặp PNP Darlington là BC516, BC878 và TIP125.

IC bóng bán dẫn Darlington:

Cặp Darlington cho phép người dùng điều khiển nhiều ứng dụng năng lượng hơn bằng vài miliamp nguồn hiện tại từ bộ điều khiển vi mô hoặc các nguồn hiện tại thấp.

ULN2003 là một con chip được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử cung cấp các mảng Darlington hiện tại cao với bảy đầu ra cực thu mở. Họ ULN bao gồm ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, ba biến thể khác nhau trong nhiều tùy chọn gói. Các ULN2003 được sử dụng rộng rãi trong biến ULN loạt. Thiết bị này bao gồm các điốt triệt tiêu bên trong mạch tích hợp, là một tính năng bổ sung để truyền tải cảm ứng bằng cách sử dụng này.

Đây là cấu trúc bên trong của IC ULN2003. Nó là gói nhúng 16pin. Như chúng ta có thể thấy chân đầu vào và đầu ra hoàn toàn trái ngược nhau, do đó nó dễ dàng hơn cho việc kết nối vi mạch và làm cho thiết kế PCB đơn giản hơn.

Có bảy chân thu mở có sẵn. Một chân bổ sung cũng có sẵn rất hữu ích cho ứng dụng liên quan đến tải cảm ứng, nó có thể là động cơ, cáp điện, rơ le, cần điốt tự do, chúng ta có thể thực hiện kết nối bằng chân đó.

Các chân đầu vào tương thích để sử dụng với TTL hoặc CMOS, ở mặt khác, các chân đầu ra có khả năng chìm dòng cao. Theo biểu dữ liệu, các cặp Darlington có khả năng chìm dòng điện 500mA và có thể chịu được dòng điện cực đại 600mA.

Trong hình trên, kết nối mảng Darlington thực tế được hiển thị cho mỗi trình điều khiển. Nó được sử dụng trong bảy trình điều khiển, mỗi trình điều khiển bao gồm mạch này.

Khi các chân đầu vào của ULN2003, từ chân 1 đến chân 7, được cung cấp mức Cao, đầu ra sẽ ở mức thấp và nó sẽ làm dòng điện chạy qua nó. Và khi chúng tôi cung cấp chân đầu vào Thấp, đầu ra sẽ ở trạng thái trở kháng cao và nó sẽ không chìm dòng điện. Các pin 9 được sử dụng cho diode freewheel; nó phải luôn được kết nối với VCC, khi chuyển đổi bất kỳ tải cảm ứng nào sử dụng dòng ULN. Chúng tôi cũng có thể thúc đẩy nhiều ứng dụng hiện tại hơn bằng cách kết nối song song hai đầu vào và đầu ra của cặp, giống như chúng ta có thể kết nối chân 1 với chân 2 và mặt khác có thể kết nối chân 16 và 15 và song song hai cặp Darlington để truyền tải dòng điện cao hơn.

ULN2003 cũng được sử dụng để điều khiển động cơ bước với Bộ vi điều khiển.

Chuyển đổi động cơ sử dụng IC ULN2003:

Trong video này, động cơ được kết nối qua một chân đầu ra cực thu mở, mặt khác, đầu vào, chúng tôi đang cung cấp dòng điện khoảng 500nA (0,5mA) và kiểm soát dòng điện 380mA trên động cơ. Đây là cách mà một lượng nhỏ dòng điện cơ bản có thể điều khiển dòng điện góp cao hơn nhiều trong Transistor Darlington.

Ngoài ra, như động cơ được sử dụng, các pin 9 được kết nối qua VCC để cung cấp bảo vệ phóng túng.

Điện trở cung cấp lực kéo thấp lên, làm cho đầu vào THẤP khi không có dòng điện chạy từ nguồn, làm cho trở kháng đầu ra cao dừng động cơ. Ngược lại sẽ xảy ra khi dòng điện bổ sung được áp dụng qua chân đầu vào.