آموزش الکترونیک

زوج دارلینگتون چیست؟ آموزش کامل و فرمول ترانزیستور Darlington

سلام. زوج دارلینگتون چیست؟ آموزش کامل ترانزیستور Darlington را آماده کردیم.

زوج ترانزیستور دارلینگتون چیست؟

ترانزیستور دارلینگتون در سال 1953 توسط سیدنی دارلینگتونSidny Darlington))مهندس برق و مخترع آمریکایی اختراع شده است. ترانزیستور دارلینگتون از دو ترانزیستور استاندارد BJT (ترانزیستور پیوندی دو قطبی) استفاده می‌کند که به یکدیگر وصل شده اند. ترانزیستور دارلینگتون به یک پیکربندی ای متصل است که آن جایی است که یکی از امیترهای ترانزیستور، جریان بایس را به بیس ترانزیستور دیگر فراهم می کند.

پیکربندی ترانزیستور زوج دارلینگتون

اگر ما نماد ترانزیستور دارلینگتون را ببینیم، به وضوح می توانیم نحوه اتصال دو ترانزیستور را مشاهده کنیم. درتصاویر زیر دو نوع ترانزیستور دارلینگتون نشان داده شده است. در سمت چپ دارلینگتون NPN و در سمت دیگر دارلینگتون PNP است. ما می توانیم ببینیم که دارلینگتون NPN از دو ترانزیستور NPN و دارلینگتون PNP از دو ترانزیستور PNP تشکیل شده است. اولین امیتر ترانزیستور به طور مستقیم به بیس ترانزیستور دیگر متصل شده است، همچنین کلکتور دو ترانزیستور نیز به هم وصل شده اند. این پیکربندی برای هردو دارلینگتون NPN و PNP استفاده می شود. در این پیکربندی، زوج یا ترانزیستور دارلینگتون بهره ی بیشتر و قابلیت تشدید بزرگتری را ایجاد می کند.

پیکربندی ترانزیستور زوج دارلینگتون

ترانزیستور BJT معمولی (NPN) یا (PNP) می تواند بین دو حالت روشن و خاموش عمل کند. ما باید جریان بیس را تامین کنیم که جریان کلکتور را کنترل کند. وقتی جریان کافیِ بیس را تامین می کنیم، BJT  به حالت اشباع وارد می شود و جریان از کلکتور به امیتر جاری می شود. این جریان کلکتور تناسبی مستقیم با جریان بیس دارد. به نسبت جریان بیس و جریان کلکتور، بهره ی جریان ترانزیستور گفته می شود که به عنوان بتا()مشخص می شود. در ترانزیستور معمولیBJT بهره ی جریان به مشخصات ترانزیستور محدود می شود. اما در برخی موارد مورد استفاده، به بهره ی جریان بیشتری نیاز است که یک ترانزیستورBJT  به تنهایی نمی تواند آن را فراهم کند. زوج دارلینگتون برای مواردی که به بهره ی جریان بیشتری نیاز دارند، عالی است.

پیکربندی متقابل یا زیکلای

با این حال، پیکربندی نشان داده شده در تصویر فوق، از دو PNP یا دو NPN استفاده می کند ، پیکربندی Darlington دیگری نیز وجود دارد یا پیکربندی متقابل نیز هست ، جایی که از PNP با NPN استفاده می شود ، یا از NPN با PNP استفاده می شود. این نوع پیکربندی متقاطع به عنوان پیکربندی جفت زیکلای دارلینگتون یا پیکربندی Push-Pull گفته می شود. در تصویر بالا جفت های زیکلای دارلینگتون نشان داده شده است. این پیکربندی گرمای کمتری تولید می کند و در مورد زمان پاسخ مزایایی دارد که بعداً در مورد آن بحث خواهیم کرد. این برای تقویت کننده ی کلاس AB یا جایی که Push-Pull مورد نیاز است استفاده می شود.

پیکربندی متقابل یا زیکلای

محاسبه بهره ی جریان ترانزیستور دارلینگتون

در تصویر زیر می بینیم که دو ترانزیستور PNP یا دو ترانزیستور NPN به یکدیگر وصل شده اند.

محاسبه بهره ی جریان ترانزیستور دارلینگتون

بهره ی کلی جریان زوج دارلینگتون به صورت زیر خواهد بود :

بهره ی جریان = بهره ی ترانزیستور اول * بهره ی ترانزیستور دوم

Current gain (hFE) = First transistor gain (hFE1) * Second transistor gain (hFE2)

در تصویر بالا دو ترانزیستور NPN یک پیکربندی NPN دارلینگتون ایجاد کرده اند. دو ترانزیستور NPN T1 و T2 به ترتیب به هم وصل می شوند ، کلکتورهای T1 و T2 به هم متصل هستند. اولین ترانزیستور T1 جریان اصلی مورد نیاز (IB2) را به بیس ترانزیستور T2 دوم می دهد. بنابراین ، بیس جریان IB1 ، که T1 را کنترل می کند ، کنترل جریان جاری را در بیس T2 در دست دارد.

بنابراین ، بهره ی جریان کلی زمانی به دست می آید که کلکتور جریان به صورت زیر باشد :

β * IB as hFE = fFE1 * hFE2

از آنجا که دو کلکتور ترانزیستور به یکدیگر وصل می شوند ، جریان کل کلکتور به صورت زیر است :

حتما ببینید :  آموزش اتصال TFT LCD لمسی 3.5 اینچ به رزبری پای

اکنون همانطور که در بالا بحث کردیم ، جریان کلکتور β * IB1 را به دست می آوریم.

اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید.

در این وضعیت، بهره ی جریان متّحد تر و بیشتر از یکی است.

بیایید ببینیم بهره ی جریان چند برابر بهره ی جریان دو ترانزیستور است.

IB2 توسط جریان امیترر T1 که IE1 است کنترل می شود. IE1 مستقیماً در T2 متصل است. بنابراین ، IB2 و IE1 یکسان هستند.

IB2 = IE1.

ما میتوانیم این رابطه را تغییر بیشتری دهیم با :

IC1 + IB1

IC1 را مانند قبلاً تغییر می دهیم و رابطه زیر را به دست می آوریم :

β1IB1 + IB1
IB11 + 1)

اکنون مانند گذشته ، ما دیدیم که :

IC =  β1IB1 + β2IB2
As, IB2 or IE2 = IB1 (β1 + 1)
IC = β1IB1 + β2 IB1 (β1 + 1)
IC = β1IB1 + β2 IB1 β1 + β2 IB1
IC = {β1 +(β1 + β2) + β2}

بنابراین، کلکتور جریان IC بهره ی ترکیبی از بهره ی ترانزیستورهای منفرد است.

مثال برای ترانزیستور دارلینگتون

یک بار 60w با ورودی 15 ولت، باید با استفاده از دو ترانزیستور NPN روشن شود، همراه با ایجاد شدن یک جفت دارلینگتون. بهره ی اولین ترانزیستور 30 و بهره ی دومین ترانزیستور 95 خواهد بود. ما جریان بیس را برای تغییر بار، محاسبه خواهیم کرد.

همانطور که می دانیم، زمانی که بار روشن شده باشد، کلکتور جریان، جریان بار خواهد بود.

طبق قانون نیرو، کلکتور جریان (IC) یا جریان بار (IL) می شود

IL = IC = Power / Voltage = 60 / 15 = 4Amps

از آنجایی که بهره ی جریان برای اولین ترانزیستور 30 و برای ترانزیستور دوم 95 خواهد بود ( ) ما می توانیم جریان پایه و بیس را با استفاده از معادله ی زیر محاسبه کنیم :

مثال برای ترانزیستور دارلینگتون

بنابراین، اگر ما 1.3mA جریان متقابل را به اولین بیس ترانزیستور اعمال کنیم، بار روشن خواهد شد و اگر ما 0mA جریان را اعمال کنیم یا بیس را به زمین متصل کنیم، بار جریان خاموش خواهد شد.

کاربرد ترانزیستور دارلینگتون

کاربرد ترانزیستور دارلینگتون

کاربرد ترانزیستور دارلینگتون، همانند کاربرد ترانزیستور BJT معمولی است. در تصویر بالا، از ترانزیستور NPN Darlington برای تعویض بار استفاده می شود، که بار می تواند هر چیزی از جمله بار القائی یا مقاومت باشد. مقاومت R1، جریان بیس ترانزیستور NPN دارلینگتون را تأمین میکند.مقاومت R2، جریان را به میزان بار محدود می کند که این مقاومت برای بارهای خاص که در عملکرد پایدار، نیاز به محدود کردن جریان دارند قابل استفاده است. همانطور که نمونه نشان می دهد که جریان بیس مورد نیاز بسیار کم است، می توان آن را به راحتی از واحد میکروکنترلر یا منطق های دیجیتالی تغییر داد.  اما وقتی جفت دارلینگتون در منطقه اشباع یا منطقه ای ک شرایط لازم را دارد باشد، افت ولتاژ در سطح بیس و امیتر وجود دارد.  این ضرر اصلی برای جفت دارلینگتون است.  افت ولتاژ در محدوده ی 0.3 ولت تا 1.2 ولت است. به دلیل این افت ولتاژ، ترانزیستور دارلینگتون هنگامی که کاملا در حالت فعال است و جریان بار را تامین می کند، گرم تر می شود. همچنین، با توجه به این پیکربندی که مقاومت دوم توسط مقاومت اول روشن می شود، ترانزیستور دارلینگتون زمان واکنش را کندتر می کند. در چنین حالتی پیکربندی Sziklai مزیّت بیشتری نسبت به زمان پاسخ و عملکرد حرارتی دارد.

ترانزیستور معروف دارلینگتون NPN، مدل BC517 است.

 ترانزیستور دارلینگتون NPN BC517

مطابق با داده های ترانزیستور BC517 ، نمودار فوق، افزایش جریان DC از ترانزیستور BC517 را نشان می دهد.  سه منحنی از پایین به بالا به ترتیب اطلاعاتی در مورد دمای محیط ارائه می دهند.  اگر منحنی دمای محیط 25 درجه را ببینیم ، وقتی جریان کلکتور در حدود 150 میلی آمپر باشد ، جریان Dc در بالاترین مقدار است.

 ترانزیستور دارینگتون Identical چیست؟

دارلینگتون ترانزیستور Identical دارای دو جفت یکسان با مشخصات مشابه است که هر یک، بهره جریان یکسانی دارند که یعنی بهره جریان ترانزیستور 1 با بهره جریان ترانزیستور دوم 2 برابر است.

حتما ببینید :  استفاده از PWM در لانچ پد MSP430 و کنترل نور LED

با استفاده از فرمول جریان کلکتور ، بهره جریان ترانزیستور یکسان میشود :

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

بهره جریان بسیار بیشتر خواهد بود.

نمونه های جفت NPN دارلینگتون عبارتند از:TIP120، TIP121 ، TIP122 ، BC517 و دارلینگتونPNP عبارتند از: BC516 ، BC878 و TIP125.

دارلینگتون ترانزیستور آی سی (Ic)

زوج دارلینگتون به کاربران این امکان را می دهد تا با چند میلی آمپر منبع جریان از میکرو کنترلر یا منابع کم جریان، کاربرد های نیروی بیشتری را ارائه دهند.

ULN2003 تراشه ای است که به طور گسترده در الکترونیک مورد استفاده قرار میگیرد و جریان بالای ارایه های دارلینگتون را همراه با ۷ خروجی  کلکتور باز ، تامین می کند. خانواده ULN شامل ULN2002A ، ULN2003A ، ULN2004A ، سه نوع متفاوت، در آپشن های پکیچ چندگانه هستند. ULN2003A از انواع گسترده ای در سری ULN است. این دستگاه شامل دیود های جلوگیری داخل مدار یکپارچه است که این یک ویژگی اضافه تری برای راندن بار القایی به این وسیله است.

دارلینگتون ترانزیستور آی سی (Ic)

این پیکربندی داخلی ULN2003 IC است. این پکیج  یا بسته ی شیب 16pin است.همانطور که می بینیم پین ورودی و خروجی دقیقا برعکس است ، به همین دلیل اتصال IC و ساده تر کردن طراحی PCB راحت تر است. هفت پین کلکتور وجود دارد. یک پین اضافی نیز موجود است که برای کاربردهای مربوط به بار القایی مفید است، آن ممکن است موتور ها، سولنوئید ها و رله هایی باشد که به دیود های آزمایشی نیاز دارد، ما می توانیم با استفاده از آن پین، اتصال را بر قرار کنیم. پین های ورودی برای استفاده با TTL یا CMOS سازگار هستند ، از طرف دیگر پین های خروجی قادر به کم کردن جریان های بالا هستند. طبق جدول داده ها ، زوج های دارلینگتون قادر به کم کردن mA500 جریان هستند و می توانند mA600 جریان اوج را تحمل کنند.

پیکربندی داخلی ULN2003 IC

در تصویر بالا اتصال نظم و ارایه دارلینگتون واقعی برای هر محرک نشان داده شده است.در هفت محرک استفاده می شود ، هر محرک این مدار را تشکیل می دهد.

هنگامی که پین ​​های ورودی ULN2003 ، از پین 1 تا پین 7 به صورت بالا ارائه می شوند ، خروجی کم خواهد بود و از طریق آن جریان کم می شود و هنگامی که پین ​​ورودی کم را آماده کنیم ، خروجی در حالت امپدانس بالا قرار خواهد گرفت و جریان کم نخواهد شد. پین 9 برای دیود آزمایشی استفاده می شود. در هنگام تعویض هر بار فشار القایی، با استفاده از سری ULN ، همیشه باید به VCC متصل شود. ما همچنین می توانیم برنامه ها را با همتراز کردن دو ورودی و خروجی دو جفت هدایت کنیم ، مثلا اینکه می توانیم پین 1 را با پین 2 وصل کنیم و از طرف دیگر می توانیم پین 16 و 15، و دو جفت دارلینگتون را به موازات هم برای هدایت بارهای بیشتر متصل کنیم. ULN2003 همچنین برای راندن موتورهای پله ای با میکروکنترلر، استفاده می شود.

سوئیچ موتور با استفاده از IC ULN2003

سوئیچ موتور با استفاده از IC ULN2003

در این فیلم، موتور به یک پین خروجی کلکتور باز متصل می شود، از طرف دیگر، ورودی مورد نظر ما در حدود nA500 (5mA) جریان را فراهم می کند و mA380 جریان را در سراسر موتور کنترل می کند.  برای همین است که مقدار کمی جریان بیس می تواند جریان کلکتور بسیار بالاتری را در دارلینگتون ترانزیستور کنترل کند.

زمانی که هیچ جریانی از منبع در حال جاری شدن نیست، مقاومت با ایجاد کردن ورودی کم، به صورت آهسته در حال افزایش است، این امر موجب می شود که خروجی امپدانس بالا، موتور را متوقف کند. عکس این موضوع زمانی اتفاق می افتد که جریان اضافی در سراسر پین ورودی اعمال شود.

نظرتان را در مورد این مطلب با ستاره دادن اعلام کنید امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. نظرات ، مشکلات و پیشنهادات خود را در پایین صفحه اعلام کنید

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن