Darlington transistörü 1953 yılında ABD elektrik mühendisi ve mucidi Sidney Darlington tarafından icat edildi.
Darlington transistörü, birbirine bağlı iki standart BJT (Bi-polar junction transistor) transistörü kullanır . Darlington transistörü, transistörün yayıcılarından birinin diğer transistörün tabanına önyargılı akım sağladığı bir konfigürasyonda bağlanmıştır.
Darlington Transistör Çifti ve Yapılandırması:
Darlington Transistörün sembolünü görürsek, iki transistörün nasıl bağlandığını açıkça görebiliriz. Aşağıdaki görüntülerde iki tür Darlington transistörü gösterilmektedir. Sol tarafta NPN Darlington , diğer tarafta ise PNP Darlington . NPN Darlington’ın iki NPN transistöründen oluştuğunu ve PNP Darlington’ın iki PNP transistöründen oluştuğunu görebiliriz. İlk transistörün vericisi doğrudan diğer transistörün tabanına bağlanır, ayrıca iki transistörün toplayıcısı da birbirine bağlanır. Bu konfigürasyon hem NPN hem de PNP Darlington transistörleri için kullanılır. Bu konfigürasyonda, çift veya Darlington transistörü çok daha yüksek kazanç ve büyük amplifikasyon yetenekleri üretir.
Normal bir BJT transistörü ( NPN veya PNP ), AÇIK ve KAPALI olmak üzere iki durum arasında çalışabilir . Kollektör akımını kontrol eden tabana akım sağlamamız gerekir . Tabana yeterli akım sağladığımızda, BJT doygunluk moduna girer ve akım kollektörden emitöre akar. Bu kollektör akımı, taban akımı ile doğru orantılıdır . Baz akımın ve kolektör akımının oranı, Beta ( β) olarak belirtilen transistörün akım kazancı olarak adlandırılır.. Tipik BJT transistöründe akım kazancı, transistör spesifikasyonuna bağlı olarak sınırlanır. Ancak bazı durumlarda, uygulama, tek bir BJT transistörünün sağlayamayacağı kadar çok akım kazancına ihtiyaç duyar. Darlington çifti uygulaması için idealdir yüksek akım kazancı gereklidir .
Çapraz Yapılandırma:
Bununla birlikte, yukarıdaki resimde gösterilen konfigürasyon ya iki PNP ya da iki NPN kullanır, başka Darlington konfigürasyonu vardır ya da bir PNP’nin NPN ile kullanıldığı ya da bir NPN’nin PNP ile kullanıldığı durumlarda çapraz konfigürasyon da mevcuttur. Bu tip çapraz konfigürasyon, Sziklai Darlington çift konfigürasyonu veya Push-Pull konfigürasyonu olarak adlandırılır.
Yukarıdaki resimde Sziklai Darlington çiftleri gösterilmektedir. Bu konfigürasyon daha az ısı üretir ve yanıt süresi konusunda avantajlara sahiptir . Bunu daha sonra tartışacağız. AB sınıfı amplifikatör için veya Push-Pull topolojilerinin gerekli olduğu yerlerde kullanılır .
Darlington Transistör Çifti Akım Kazancı Hesaplaması:
Aşağıdaki resimde iki PNP veya iki NPN transistörünün birbirine bağlı olduğunu görebiliriz.
Darlington çifti genel akım kazancı bazen daha fazla katta olacak
Akım kazancı (hFE) = İlk transistör kazancı (hFE 1 ) * İkinci transistör kazancı (hFE 2 )
Yukarıdaki resimde, iki NPN transistörü bir NPN Darlington konfigürasyonu oluşturdu. İki NPN transistörü T1 ve T2 , T1 ve T2’nin toplayıcılarının bağlandığı bir sırada birbirine bağlanır. Birinci transistör T1 , ikinci transistör T2’nin tabanına gerekli temel akımı (IB2) sağlar . Dolayısıyla, T1’i kontrol eden temel akım IB1 , T2’nin tabanındaki akım akışını kontrol etmektedir .
Böylece, toplam akım kazancı ( β ) , kollektör akımı olduğunda elde edilir.
β * IB, hFE olarak = fFE 1 * hFE 2
İki transistör toplayıcı birbirine bağlandığında, Toplam Toplayıcı akımı (IC) = IC1 + IC2
Şimdi yukarıda tartışıldığı gibi, Kollektör akımını β * IB 1 alıyoruz
Bu durumda, mevcut kazanç, birlik veya birden büyüktür .
Şu anki kazancın, iki transistörün mevcut kazancının çarpımı olduğunu görelim .
IB2 emetör akımı ile kontrol edilir T1 olduğu, IE1 . IE1 doğrudan T2’ye bağlıdır . Yani IB2 ve IE1 aynıdır.
IB2 = IE1 .
Bu ilişkiyi daha da değiştirebiliriz
IC 1 + IB 1
IC1’i daha önce yaptığımız gibi değiştirerek,
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Şimdi daha önce olduğu gibi, bunu gördük
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 veya 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 }
Dolayısıyla, toplam toplayıcı akım IC’si, bireysel transistör kazancının kombinasyonel bir kazancıdır.
Darlington Transistör Örneği:
Bir 60W yük 15V giriş gerilimi ihtiyaçları bir Darlington çifti oluşturan iki NPN transistörlerini kullanarak açık olması. İlk Transistör kazancı 30 olacak ve ikinci transistör kazancı 95 olacaktır . Yükü değiştirmek için temel akımı hesaplayacağız.
Bildiğimiz gibi yük açıldığında kollektör akımı yük akımı olacaktır . Güç yasasına göre, kollektör akımı (IC) veya Yük akımı (IL) olacaktır.
I L = I C = Güç / Voltaj = 60/15 = 4Amps
İlk transistör için temel akım kazancı 30 ve ikinci transistör için 95 olacağından (β1 = 30 ve β2 = 95) temel akımı aşağıdaki denklemle hesaplayabiliriz –
Bu nedenle, birinci transistör tabanına 1.3mA akım uygularsak , Yük ” AÇIK ” konuma geçecek ve 0 mA akım uygularsak veya temel topraklanırsa yük ” KAPALI ” duruma getirilecektir .
Darlington Transistör Uygulaması:
Darlington transistörünün uygulaması normal BJT Transistör ile aynıdır.
Yukarıdaki görüntüde, yükü değiştirmek için NPN Darlington transistörü kullanılmıştır. Yük, Endüktif veya Dirençli yükten herhangi bir şey olabilir. Baz direnci R1, NPN Darlington transistörüne Baz akımı sağlıyor. R2 direnci, akımı yüke sınırlamaktır. Kararlı çalışmada akım sınırlaması gerektiren belirli yükler için geçerlidir. Örnek, temel akımın çok düşük olmasını gerektirdiğini öne sürdüğü gibi, Mikroişlemci veya Dijital mantık birimlerinden kolaylıkla değiştirilebilir. Ancak Darlington çifti doymuş bölgede olduğunda veya tamamen koşulda olduğunda, taban ve yayıcı arasında voltaj düşüşü olur. Darlington çifti için temel bir dezavantajdır. Voltaj düşüşleri 0,3V ile 1,2v arasındadır. Bu voltaj düşüşü nedeniyle, Darlington transistörü tamamen açık moddayken ve yüke akım sağladığında daha ısınır. Ayrıca, konfigürasyon nedeniyle ikinci direnç birinci direnç tarafından açılır, Darlington Transistörü daha yavaş yanıt süresi üretir . Böyle bir durumda Sziklai konfigürasyonu , tepki süresi ve termal performansa göre avantaj sağlar.
Popüler bir NPN Darlington transistörü BC517’dir .
BC517 veri sayfasına göre , yukarıdaki grafik BC517’nin DC akım kazancını sağlar . Sırasıyla aşağıdan yukarıya doğru üç eğri, ortam sıcaklığı hakkında bilgi sağlar . 25 derece ortam sıcaklığı eğrisini görürsek , kolektör akımı 150mA civarında olduğunda DC akım kazancı maksimumdur .
Özdeş Darlington Transistörü nedir?
Özdeş Darlington Transistör , her biri için aynı akım kazancına sahip tamamen aynı özelliklere sahip iki özdeş çifte sahiptir . Araçlarla O anki kazancı birinci transistör ait p1 aynıdır ikinci transistörler akım kazancı p2.
Kollektör akım formülünü kullanarak, Özdeş Transistörün mevcut kazancı şu olacaktır:
IC = {{ β 1 + ( β2 * β1 ) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + ( β2 * β1 ) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Mevcut kazanç çok daha yüksek olacaktır. NPN Darlington çifti örnekleri TIP120, TIP121, TIP122, BC517’dir ve PNP Darlington çifti örnekleri BC516, BC878 ve TIP125’tir.
Darlington Transistör IC:
Darlington çifti, kullanıcıların mikro denetleyiciden veya düşük akım kaynaklarından birkaç miliamper akım kaynağı ile daha fazla güç uygulaması yürütmesine olanak tanır.
ULN2003 , elektronikte yaygın olarak kullanılan ve yedi açık kollektör çıkışı ile yüksek akım Darlington dizileri sağlayan bir çiptir . ULN ailesi, ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A , çoklu paket seçeneklerinde üç farklı varyanttan oluşur . ULN2003 yaygın NÜS serisinde varyantı kullanılır. Bu Cihaz , bunu kullanarak endüktif yükü sürmeye ek bir özellik olan entegre devre içinde bastırma diyotlarını içerir .
Bu, ULN2003 IC’nin dahili yapısıdır. Öyle 16pin daldırma paketi. Gördüğümüz gibi giriş ve çıkış pinleri tam tersi, çünkü IC’yi bağlamak daha kolay ve PCB tasarımını daha basit hale getiriyor.
Yedi adet açık kollektör pimi mevcuttur. Endüktif yük ile ilgili uygulamalar için faydalı olan ek bir pim de mevcuttur, bunlar serbest diyotlara ihtiyaç duyan motorlar, solenoidler, röleler olabilir, bağlantıyı bu pimi kullanarak yapabiliriz.
Giriş pinleri TTL veya CMOS ile kullanım için uyumludur , diğer tarafta çıkış pinleri yüksek akımları azaltabilir. Veri sayfasına göre, Darlington çiftleri 500mA akım çekebilir ve 600mA tepe akımı tolere edebilir .
Üstteki resimde, her sürücü için gerçek Darlington dizisi bağlantısı gösterilmektedir. Yedi sürücüde kullanılır, her sürücü bu devreden oluşur.
ULN2003’ün pim 1’den pim 7’ye giriş pimleri Yüksek ile sağlandığında, çıkış düşük olacak ve içinden akımı çekecektir. Ve giriş pininde Düşük sağladığımızda , çıkış yüksek empedans durumunda olacak ve akımı düşürmeyecektir. Pimi 9 için kullanılan arka hazne diyot ; ULN serisi kullanılarak herhangi bir endüktif yük değiştirilirken her zaman VCC’ye bağlanmalıdır . Ayrıca, pin 1’i pin 2’ye bağlayabildiğimiz gibi , diğer yandan da pin 16 ve 15’i bağlayabildiğimiz gibi, iki çiftin giriş ve çıkışlarını paralelleştirerek daha güncel uygulamaları sürdürebiliriz. ve daha yüksek akım yüklerini sürmek için paralel iki Darlington çifti.
ULN2003 ayrıca Mikrodenetleyiciler ile step motorları sürmek için kullanılır .
Bir Motoru ULN2003 IC kullanarak Anahtarlama:
Bu videoda motor açık bir kollektör çıkış pimine bağlanır, diğer yandan girişe yaklaşık 500nA (.5mA) akım sağlıyoruz ve motor boyunca 380mA akımı kontrol ediyoruz . Bu nasıl taban akımının küçük bir miktar daha kontrol edebilir yüksek kollektör akımı Darlington transistörü de.
Olarak da, motor kullanılır pimi 9 boyunca bağlı olan VCC sağlamak için serbest dönen bir koruma .
Direnç düşük yukarı çekme sağlar , kaynaktan akım akışı gelmediğinde girişi DÜŞÜK yapar, bu da çıkışın motoru durdurması için yüksek empedans yapar . Giriş pini boyunca ek akım uygulandığında tersi olur.