Transistörlerde Darlington Bağlantısı

Mucidi Sidney Darlington’un adını taşıyan Darlington transistörü, birbirine bağlı iki standart NPN veya PNP bipolar bağlantı transistörünün (BJT) özel bir düzenlemesidir. Bir transistörün emitter, akım amplifikasyonunun veya anahtarlamanın gerekli olduğu uygulamalarda yararlı olan çok daha büyük bir akım kazancı ile daha hassas bir transistör üretmek için diğerinin base’ine bağlanmakadır.

Darlington transistör çiftleri, iki ayrı ayrı bağlanmış bipolar transistörden veya standart olarak tek bir pakette ticari olarak üretilen tek bir cihazdan yapılabilir. Base, emitter ve kollektör bağlantı uçları ve hem NPN hem de PNP versiyonlarında çok çeşitli kasa stilleri ve voltaj (ve akım) derecelerinde mevcuttur.

Transistörümüzde bir anahtar öğreticisi olarak gördüğümüz gibi bir amplifikatör olarak kullanılmasının yanı sıra, bipolar bağlantı transistörü (bjt) gösterildiği gibi bir açma-kapama anahtarı olarak çalışmak üzere yapılabilir.

Anahtar Olarak Çalışan Bipolar Transistör

Darlington
Anahtar Olarak Çalışan Bipolar Transistör

NPN transistörünün base terminali topraklandığında (0 volt), IB = 0’dan önce base’e sıfır akım akar. Base terminali topraklandığından, kollektörden emitter terminallerine akım akmaz. Bu nedenle iletken olmayan NPN transistörü “kapalı” (kesme) olarak değiştirilir. Şimdi, 0.7 volttan daha büyük bir voltaj kaynağı kullanarak base terminalini emittere göre kaydırırsak, transistörün hareketi, kollektör ve emitter terminalleri arasındaki transistörden çok daha büyük bir akımın akmasına neden olur. Transistörün şimdi “açık” (iletken) olduğu söyleniyor. Transistörü bu iki kesme ve iletim modu arasında çalıştırırsak, transistör elektronik bir anahtar olarak çalışacak şekilde yapılabilir.

Bununla birlikte transistörlerin base terminalinin, transistörün tam olarak çalışması için sıfır ile 0.7 volttan çok daha büyük bir pozitif değer arasında değiştirilmesi gerekir. Daha yüksek bir voltaj, artan bir base akımına neden olur, Ib cihaza akar. Bu da kollektör akımı Ic’nin büyük olmasına neden olurken, kollektör ve emitter terminalleri boyunca Voltaj Düşüşüne sebep olur. Vce küçülür. Daha sonra, base terminaline akan daha küçük bir akımın, kollektör ve emitter arasında çok daha büyük bir akımın akmasına neden olabileceğini görebiliriz.

Kollektör akımının base akımına ( β ) oranı, transistörün akım kazancı olarak bilinir. Standart bir bipolar transistör için tipik bir β değeri 50 ila 200 aralığında olabilir ve aynı parça numarasının transistörleri arasında bile değişebilir. Tek bir transistörün akım kazancının doğrudan bir yükü sürmek için çok düşük olduğu bazı durumlarda, kazancı arttırmanın bir yolu bir Darlington çifti kullanmaktır.

“Darlington çifti” veya “süper alfa devresi” olarak da bilinen bir Darlington transistör konfigürasyonu, birbirine bağlı iki NPN veya PNP transistöründen oluşur. Böylece ilk transistör TR1’in emitter akımı, ikinci transistör TR2’NİN baz akımı haline gelir. Daha sonra transistör TR1, bir emitter takipçisi ve tr2, aşağıda gösterildiği gibi ortak bir emitter amplifikatörü olarak bağlanır.

Ayrıca, bu Darlington çifti konfigürasyonunda, köle veya kontrol transistörünün kollektör akımının, tr1’in ana anahtarlama transistörü TR2’ninkiyle “faz içi” olduğunu unutmayın.

Darlington Transistörünün Temel Konfigürasyonu

Darlington
Transistörlerde Darlington Bağlantısı

Örnek olarak NPN Darlington çiftini kullanarak, iki transistörün kollektörleri birbirine bağlanır. TR1’İN emitteri TR2’nin base’ini tahrik etmektedir.. Bu konfigürasyon β çarpımına ulaşır çünkü bir baz akım ıb için kollektör akımı β*ıb’dir. Burada akım kazancı birden büyüktür veya birliktir ve bu şu şekilde tanımlanır:

Darlington

Ancak ıb2 base akımı, transistör tr1 emitter akımına eşittir. Yani TR1 emiter tr2 base’e bağlandığından 1’dir. Bu nedenle:

Darlington

Sonrasında ilk denklemimiz aşağıdaki gibi olacaktır.

Darlington

Burada β1 ve β2, bireysel transistörlerin kazanımlarıdır.

İki transistörün akım kazançları çoğaldıkça, ikinci transistörün kazancı ile çarpılan ilk transistörün kazancı ile verildiği anlamına gelir. Başka bir deyişle, tek bir Darlington transistör çifti yapmak için bir araya getirilen bir çift bipolar transistör, çok yüksek β değerine ve dolayısıyla yüksek giriş direncine sahip tek bir transistör olarak kabul edilebilir.

Darlington Transistör Örneği

İki NPN transistörü, 12V 75W halojen lambayı değiştirmek için bir Darlington çifti şeklinde birbirine bağlanır. İlk transistörün ileri akım kazancı 25 ise ve ikinci transistörün ileri akım kazancı (Beta) 80 ise. Herhangi bir gerilim yok sayarak iki transistör arasında damla, tam lamba geçmek için gerekli maksimum baz akımı hesaplayın.

Darlington

Yukarıdaki denklemi kullanarak, temel akım şu şekilde verilir:

Darlington

Daha sonra bir dijital mantık kapısı veya bir mikrodenetleyicinin çıkış portu tarafından sağlananlar gibi sadece 3.0 ma’lık çok küçük bir base akımının 75 Watt lambayı “açık” ve “kapalı”olarak değiştirmek için kullanılabileceğini görebiliriz.

Tek bir Darlington cihazı yapmak için iki özdeş bipolar transistör kullanılıyorsa, β1 β2’ye eşittir ve genel akım kazancı şu şekilde verilecektir:

Darlington

Genellikle β2 değeri 2β değerinden çok daha büyüktür, bu durumda matematiği biraz basitleştirmek için göz ardı edilebilir.

Darlington Transistör Uygulamaları

Darlington

Darlington transistörünün base’i, bir anahtardan veya doğrudan bir TTL veya 5V CMOS mantık kapısından gelen küçük giriş akımına cevap verecek kadar hassastır. Herhangi bir Darlington çifti için maksimum kollektör akımı Ic(max), ana anahtarlama transistörü TR2 ile aynıdır, bu nedenle röleleri, DC motorları, solenoidleri ve lambaları vb.çalıştırmak için kullanılabilir.

Bir Darlington transistör çiftinin ana dezavantajlarından biri, tamamen doygun olduğunda base ve emitter arasındaki minimum voltaj düşüşüdür. Tamamen açıldığında 0,3 v ila 0,7 v arasında doymuş bir voltaj düşüşüne sahip olan tek bir transistörün aksine, bir Darlington cihazı, base emitter voltaj düşüşünün iki katı (0,6 V yerine 1,2 V) baz emitter voltaj düşüşüne sahiptir. Bu yüksek base emitter voltaj düşüşü, darlington transistörünün belirli bir yük akımı için normal bir bipolar transistörden daha sıcak olabileceği ve bu nedenle iyi bir soğutma sistemi gerektirdiği anlamına gelir.

Standart bir Darlington transistör Cihazının yavaş yanıtını, artan voltaj düşüşünü ve termal dezavantajlarını aşmak için, tamamlayıcı NPN ve PNP transistörleri, Sziklai konfigürasyonu olarak adlandırılan başka bir Darlington transistör tipi üretmek için aynı basamaklı düzenlemede kullanılabilir.

Sziklai Transistör Çifti

Macar mucidi George Sziklai’nin adını taşıyan Sziklai Darlington çifti, aşağıda gösterildiği gibi birbirine bağlı ayrı NPN ve PNP tamamlayıcı transistörlerden oluşan tamamlayıcı veya bileşik bir Darlington cihazıdır.

Sziklai Darlington Transistör Yapılandırması

Darlington

Sziklai Cihazının base emitter voltaj düşüşünün, sinyal yolundaki tek bir transistörün diyot düşüşüne eşit olduğunu görebiliriz. Bununla birlikte Sziklai konfigürasyonu bir diyottan daha az bir düşüşe, yani normal 0.2 V yerine 0.7 V’ye doyamaz.

Ayrıca darlington çiftinde olduğu gibi, Sziklai çifti tek bir transistörden daha yavaş tepki sürelerine sahiptir. Sziklai çift tamamlayıcı transistörler, sadece bir çıkış transistörü polaritesine izin veren itme-çekme ve AB sınıfı ses amplifikatörü çıkış aşamalarında yaygın olarak kullanılır. Hem Darlington hem de Sziklai transistör çiftleri hem NPN hem de PNP konfigürasyonlarında mevcuttur.