Что означает транзистор дарлингтона

Особенности работы и схема транзистора дарлингтона

Составной транзистор Дарлингтона компонуется из пары стандартны транзисторов, объединённых кристаллом и общим защитным покрытием. Обычно на чертежах для отметки положения подобного транзистора не применяют никаких специальных символов, только тот, которым отмечают транзисторы стандартного типа.

К эмиттерной цепи одного из элементов присоединён нагрузочный резистор. Выводы транзистора Дарлингтона аналогичны биполярному полупроводниковому триоду:

Помимо общепринятого варианта составного транзистора существует несколько его разновидностей.

Пара Шиклаи и каскодная схема

Другое название составного полупроводникового триода – пара Дарлингтона. Кроме неё существует также пара Шиклаи. Это сходная комбинация диады основных элементов, которая отличается тем, что включает в себя разнотипные транзисторы.

Что до каскодной схемы, то это также вариант составного транзистора, в котором один полупроводниковый триод включается по схеме с ОЭ, а другой по схеме с ОБ. Такое устройство аналогично простому транзистору, который включён в схему с ОЭ, но обладающему более хорошими показателями по частоте, высоким входным сопротивлением и большим линейным диапазоном с меньшими искажениями транслируемого сигнала.

Достоинства и недостатки составных транзисторов

Мощность и сложность транзистора Дарлингтона может регулироваться через увеличение количества включённых в него биполярных транзисторов. Существует также IGBT-транзистор, который включает в себя биполярный и полевой транзистор, используется в сфере высоковольтной электроники.

Главным достоинством составных транзисторов считается их способность давать большой коэффициент усиления по току. Дело в том, что, если коэффициент усиления у каждого из двух транзисторов будет по 60, то при их совместной работе в составном транзисторе общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов входящих в его состав транзисторов (в данном случае — 3600). Как результат — для открытия транзистора Дарлингтона потребуется довольно небольшой ток базы.

Недостатком составного транзистора считается их низкая скорость работы, что делает их пригодными для использования только в схемах работающих на низких частотах. Зачастую составные транзисторы фигурируют как компонент выходных каскадов мощных низкочастотных усилителей.

Особенности работы устройства

У составных транзисторов постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника на переходе база-эмиттер вдвое превышает стандартное. Уровень уменьшения напряжения на открытом транзисторе примерно равен тому падению напряжения, которое имеет диод.

По данному показателю составной транзистор сходен с понижающим трансформатором. Но относительно характеристик трансформатора транзистор Дарлингтона обладает гораздо большим усилением по мощности. Подобные транзисторы могут обслуживать работу переключателей частотой до 25 Гц.

Система промышленного выпуска составных транзисторов налажена таким образом, что модуль полностью укомплектован и оснащён эмиттерным резистором.

Как проверить транзистор Дарлингтона

Самый простой способ проверки составного транзистора заключается в следующем:

Если всё получилось так, как описано, то транзистор исправен.

Источник

Составной транзистор (схема Дарлингтона и Шиклаи)

Составной транзистор — электрическое соединение двух или более биполярных транзисторов, полевых транзисторов или IGBT-транзисторов, с целью улучшения их электрических характеристик. К этим схемам относят так называемую пару Дарлингтона, пару Шиклаи, каскодную схему включения транзисторов, схему так называемого токового зеркала и др.

Условное обозначение составного транзистора

Составной транзистор имеет три вывода (база, эмиттер и коллектор), которые эквивалентны выводам обычного одиночного транзистора. Коэффициент усиления по току типичного составного транзистора (иногда ошибочно называемого «супербета»), у мощных транзисторов ≈ 1000 и у маломощных транзисторов ≈ 50000. Это означает, что небольшого тока базы достаточно для того, чтобы составной транзистор открылся.

В отличие от биполярных, полевые транзисторы не используются в составном включении. Объединять полевые транзисторы нет необходимости, так как они и без того обладают чрезвычайно малым входным током. Однако существуют схемы (например, биполярный транзистор с изолированным затвором), где совместно применяются полевые и биполярные транзисторы. В некотором смысле, такие схемы также можно считать составными транзисторами. Так же для составного транзистора достигнуть повышения значения коэффициента усиления можно, уменьшив толщину базы, но это представляет определенные технологические трудности.

Примером супербета (супер-β) транзисторов может служить серия КТ3102, КТ3107. Однако их также можно объединять по схеме Дарлингтона. При этом базовый ток смещения можно сделать равным всего лишь 50 пкА (примерами таких схем служат операционные усилители типа LM111 и LM316).

Фото типичного усилителя на составных транзисторах

Один из видов такого транзистора изобрёл инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington).

Принципиальная схема составного транзистора

Составной транзистор является каскадным соединением нескольких транзисторов, включенных таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка первого транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого при работе транзисторов в активном режиме приблизительно равен произведению коэффициентов усиления первого и второго транзисторов:

Следует подчеркнуть, что коэффициенты β ₁ и β ₁ могут различаться даже в случае однотипных транзисторов, поскольку ток эмиттера I_э2 в 1 + β₂ раз больше тока эмиттера I_э1 (это вытекает из очевидного равенства I_б2 = I_э1 ).

Каскад Шиклаи, подобный транзистору с n – p – n переходом

Составной транзистор, выполненный по так называемой каскодной схеме, характеризуется тем, что транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 — по схеме с общей базой. Такой составной транзистор эквивалентен одиночному транзистору, включенному по схеме с общим эмиттером, но при этом он имеет гораздо лучшие частотные свойства и большую неискаженную мощность в нагрузке, а также позволяет значительно уменьшить эффект Миллера (увеличение эквивалентной ёмкости инвертирующего усилительного элемента, обусловленное обратной связью с выхода на вход данного элемента при его выключении).

Достоинства и недостатки составных транзисторов

Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей. В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ — граничная частота усиления по току и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов VT1 и VT2.

а) Высокий коэффициент усиления по току.

б) Cхема Дарлингтона изготавливается в виде интегральных схем и при одинаковом токе рабочая поверхность кремния меньше, чем у биполярных транзисторов. Данные схемы представляют большой интерес при высоких напряжениях.

а) Низкое быстродействие, особенно перехода из открытого состояния в закрытое. По этой причине составные транзисторы используются преимущественно в низкочастотных ключевых и усилительных схемах, на высоких частотах их параметры хуже, чем у одиночного транзистора.

б) Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер в схеме Дарлингтона почти в два раза больше, чем в обычном транзисторе, и составляет для кремниевых транзисторов около 1,2 — 1,4 В (не может быть меньше, чем удвоенное падение напряжения на p-n переходе).

в) Большое напряжение насыщения коллектор-эмиттер, для кремниевого транзистора около 0,9 В (по сравнению с 0,2 В у обычных транзисторов) для маломощных транзисторов и около 2 В для транзисторов большой мощности (не может быть меньше чем падение напряжения на p-n переходе плюс падение напряжения на насыщенном входном транзисторе).

Применение нагрузочного резистора R1 позволяет улучшить некоторые характеристики составного транзистора. Величина резистора выбирается с таким расчётом, чтобы ток коллектор-эмиттер транзистора VT1 в закрытом состоянии создавал на резисторе падение напряжения, недостаточное для открытия транзистора VT2. Таким образом, ток утечки транзистора VT1 не усиливается транзистором VT2, тем самым уменьшается общий ток коллектор-эмиттер составного транзистора в закрытом состоянии. Кроме того, применение резистора R1 способствует увеличению быстродействия составного транзистора за счёт форсирования закрытия транзистора VT2. Обычно сопротивление R1 составляет сотни Ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько кОм в малосигнальном транзисторе Дарлингтона. Примером схемы с эмиттерным резистором служит мощный n-p-n — транзистор Дарлингтона типа кт825, его коэффициент усиления по току равен 10000 (типичное значение) для коллекторного тока, равного 10 А.

Источник

Составной транзистор. Транзисторная сборка Дарлингтона

Особенности и области применения составных транзисторов

Если открыть любую книгу по электронной технике, сразу видно как много элементов названы по именам их создателей: диод Шоттки, диод Зенера (он же стабилитрон), диод Ганна, транзистор Дарлингтона.

Инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington) экспериментировал с коллекторными двигателями постоянного тока и схемами управления для них. В схемах использовались усилители тока.

Инженер Дарлингтон изобрёл и запатентовал транзистор, состоящий из двух биполярных и выполненный на одном кристалле кремния с диффундированными n (негатив) и p (позитив) переходами. Новый полупроводниковый прибор был назван его именем.

В отечественной технической литературе транзистор Дарлингтона называют составным. Итак, давайте познакомимся с ним поближе!

Устройство составного транзистора.

Как уже говорилось, это два или более транзисторов, изготовленных на одном полупроводниковом кристалле и запакованные в один общий корпус. Там же находится нагрузочный резистор в цепи эмиттера первого транзистора.

У транзистора Дарлингтона те же выводы, что и у всем знакомого биполярного: база (Base), эмиттер (Emitter) и коллектор (Collector).

Схема Дарлингтона

Как видим, такой транзистор представляет собой комбинацию нескольких. В зависимости от мощности в его составе может быть и более двух биполярных транзисторов. Стоит отметить, что в высоковольтной электронике также применяется транзистор, состоящий из биполярного и полевого. Это IGBT транзистор. Его также можно причислить к составным, гибридным полупроводниковым приборам.

Основные особенности транзистора Дарлингтона.

Основное достоинство составного транзистора это большой коэффициент усиления по току.

Следует вспомнить один из основных параметров биполярного транзистора. Это коэффициент усиления (h₂₁). Он ещё обозначается буквой β («бета») греческого алфавита. Он всегда больше или равен 1. Если коэффициент усиления первого транзистора равен 120, а второго 60 то коэффициент усиления составного уже равен произведению этих величин, то есть 7200, а это очень даже неплохо. В результате достаточно очень небольшого тока базы, чтобы транзистор открылся.

Инженер Шиклаи (Sziklai) несколько видоизменил соединение Дарлингтона и получил транзистор, который назвали комплементарный транзистор Дарлингтона. Вспомним, что комплементарной парой называют два элемента с абсолютно одинаковыми электрическими параметрами, но разной проводимости. Такой парой в своё время были КТ315 и КТ361. В отличие от транзистора Дарлингтона, составной транзистор по схеме Шиклаи собран из биполярных разной проводимости: p-n-p и n-p-n. Вот пример составного транзистора по схеме Шиклаи, который работает как транзистор с n-p-n проводимостью, хотя и состоит из двух различной структуры.

схема Шиклаи

К недостаткам составных транзисторов следует отнести невысокое быстродействие, поэтому они нашли широкое применение только в низкочастотных схемах. Такие транзисторы прекрасно зарекомендовали себя в выходных каскадах мощных усилителей низкой частоты, в схемах управления электродвигателями, в коммутаторах электронных схем зажигания автомобилей.

Хорошо зарекомендовал себя для работы в электронных схемах зажигания мощный n-p-n транзистор Дарлингтона BU931.

Основные электрические параметры:

Напряжение коллектор – эмиттер 500 V;

Напряжение эмиттер – база 5 V;

Ток коллектора – 15 А;

Ток коллектора максимальный – 30 А;

Мощность рассеивания при 25°C – 135 W;

Температура кристалла (перехода) – 175°C.

На принципиальных схемах нет какого-либо специального значка-символа для обозначения составных транзисторов. В подавляющем большинстве случаев он обозначается на схеме как обычный транзистор. Хотя бывают и исключения. Вот одно из его возможных обозначений на принципиальной схеме.

Также на принципиальных схемах можно встретить и вот такое обозначение.

Примеры применения составного транзистора.

Рассмотрим схему управления коллекторным двигателем с помощью транзистора Дарлингтона.

При подаче на базу первого транзистора тока порядка 1мА через его коллектор потечёт ток уже в 1000 раз больше, то есть 1000мА. Получается, что несложная схема обладает приличным коэффициентом усиления. Вместо двигателя можно подключить электрическую лампочку или реле, с помощью которого можно коммутировать мощные нагрузки.

Если вместо сборки Дарлингтона использовать сборку Шиклаи то нагрузка подключается в цепь эмиттера второго транзистора и соединяется не с плюсом, а с минусом питания.

Если совместить транзистор Дарлингтона и сборку Шиклаи, то получится двухтактный усилитель тока. Двухтактным он называется потому, что в конкретный момент времени открытым может быть только один из двух транзисторов, верхний или нижний. Данная схема инвертирует входной сигнал, то есть выходное напряжение будет обратно входному.

Это не всегда удобно и поэтому на входе двухтактного усилителя тока добавляют ещё один инвертор. В этом случае выходной сигнал в точности повторяет сигнал на входе.

Применение сборки Дарлингтона в микросхемах.

Вот «кусочек» схемы выходного каскада микросхемы L293D, взятого из её даташита (справочного листа).

Многие помнят те времена, когда вместо DVD-плееров были видеомагнитофоны. И с помощью микросхемы L293 осуществлялось управление двумя электродвигателями видеомагнитофона, причём в полнофункциональном режиме. У каждого двигателя можно было управлять не только направлением вращения, но подавая сигналы с ШИМ-контроллера можно было в больших пределах управлять скоростью вращения.

Весьма обширное применение получили и специализированные микросхемы на основе схемы Дарлингтона. Примером может служить микросхема ULN2003A (аналог К1109КТ22). Эта интегральная схема является матрицей из семи транзисторов Дарлингтона. Такие универсальные сборки можно легко применять в радиолюбительских схемах, например, радиоуправляемом реле. Об этом я поведал тут.

Источник

Что такое транзистор Дарлингтона

в Справочник 0 3,624 Просмотров

В этой статье мы расскажем о транзисторе Дарлингтона или паре Дарлингтона, приведем несколько примеров схем, покажем варианты применения, преимущества и недостатки.

На современном рынке доступны самые разнообразные транзисторы Дарлингтона, которые различаются по проводимости, току коллектора, мощности рассеяния, типу корпуса, максимальному напряжению CE и т. д.

Эти транзисторы встречаются в различных типах устройств, таких как регуляторы мощности, контроллеры двигателя, аудиоусилители и т. д. Многие оптико-изоляторные схемы изготавливаются на транзисторах Дарлингтона, чтобы иметь высокую токовую нагрузку на выходном каскаде.

Почему мы используем транзистор Дарлингтона?

Как известно, для перевода транзистора в режим проводимости требуется небольшой базовый ток в схеме с общим эмиттером. Иногда этого малого тока базы (коэффициент усиления по току) может быть недостаточно, чтобы перевести транзистор в состояние проводимости.

Коэффициент усиления по току или бета транзистора — это отношение тока коллектора к току базы.

Коэффициент усиления транзистора или коэффициент усиления по току (β) = ток нагрузки или коллектора / входной или базовый ток.

Ток нагрузки = коэффициент усиления по току (β) × базовый ток

Для обычного транзистора значение β составляет примерно 100. Приведенное выше соотношение говорит о том, что ток нагрузки превышает в 100 раз базовый ток транзистора.

Рассмотрим схематичный рисунок, приведенный ниже. Здесь транзистор с переменным резистором, подключенным между источником питания и базой транзистора, используется для изменения яркости лампы.

В этой схеме базовый ток является единственным фактором, который определяет ток, протекающий через коллектор — эмиттер. Таким образом, изменяя сопротивление переменного резистора, можно добиться изменения яркости свечения лампы.

Если значение сопротивления переменного резистора больше, то базовый ток уменьшается — транзистор выключается. Когда сопротивление слишком мало, достаточное количество тока будет протекать через базу, что приведет к увеличению тока коллектор-эмиттер, соответственно лампа будет светить ярче. Это усиление тока в транзисторе.

В приведенном выше примере мы видели управление нагрузкой (лампой) с использованием одного транзистора. Но в некоторых схемах входной базовый ток от источника может быть недостаточным для управления нагрузкой. Мы знаем, что величина тока, протекающего через коллектор-эмиттер, является произведением тока базы и коэффициента усиления транзистора.

Поскольку увеличение тока от источника невозможно, единственный способ увеличить ток нагрузки — это увеличить коэффициент усиления транзистора. Но для каждого транзистора это постоянный коэффициент. Однако мы можем увеличить усиление, используя комбинацию из двух транзисторов. Эта конфигурация называется конфигурацией Дарлингтона.

Транзистор Дарлингтона представляет собой соединение двух транзисторов определенным образом. Пара биполярных транзисторов обеспечивает очень высокое усиление тока по сравнению с одним стандартным транзистором, как упомянуто выше.

Пара этих транзисторов может быть PNP или NP. На рисунке ниже показана конфигурация пары Дарлингтона с NPN, а также с транзисторами PNP.

Конфигурации транзисторов Дарлингтона

Рассмотрим конфигурацию NPN транзистора Дарлингтона. В этом случае очень маленький базовый ток вызывает протекание большого тока эмиттера, который затем подается на базу следующего транзистора.

Усиленный ток в первом транзисторе снова усиливается вторым транзистором. Следовательно, ток коллектор-эмиттер второго транзистора становиться значительным.

Предположим, что если коэффициент усиления по току первого транзистора равен β1, а коэффициент усиления по току второго транзистора равен β2, то общий коэффициент усиления по току транзисторов будет равен произведению β1 и β2. Если взять два транзистора с β равным 100, то общее усиление тока составит 10000. Это значение очень высокое по сравнению с одним транзистором, поэтому этот высокий коэффициент усиления по току дает высокий ток нагрузки.

Как правило, для включения транзистора базовое входное напряжение должно быть больше 0,7 В. Поскольку в этой конфигурации используются два транзистора, базовое напряжение должно быть не менее 1,4 В.

Из рисунка, усиление тока первого транзистора

Аналогично, коэффициент усиления по току следующего транзистора

Источник

Что означает транзистор дарлингтона

В этой статье мы обсудим конкретную ситуацию, где мы, правильно соединив два биполярных транзистора, получим схему Дарлингтона. Таким образом, мы получим комбинацию с очень интересными свойствами.

Зачем нужна схема Дарлингтона?

Вы должны помнить, что биполярный транзистор — это элемент, управляемый током. Когда ток, известной величины, течет в базу, мы ожидаем, что ток коллектора будет в β раз больше, где β — коэффициент усиления по току, который соединяет токи базы и коллектора вместе.

Теперь давайте представим ситуацию: предположим, что мы хотим использовать транзистор для включения двигателя, потребляющего ток 5 А. Напряжение питания настолько низкое, что использование полевых МОП-транзисторов невозможно, поэтому они остаются только биполярными. Оказывается, что транзисторы, способные проводить такой большой ток, имеют параметр β в диапазоне 40–100.

Делим ток коллектора на коэффициент усиления по току. Результат будет находится в диапазоне 50–125 мА. Поэтому для насыщения транзистора необходимо обеспечить ток базы, по крайней мере, в три раза превышающий расчетный, то есть порядка 150–375 мА. Однако наш микроконтроллер (например, Arduino) может выдавать только 20 мА (безопасная производительность для одного выхода), что определенно слишком мало… Вот здесь и пригодится схема Дарлингтона.

Идея схемы Дарлингтона

Если один транзистор может усилить ток, улучшит ли нашу ситуацию использование двух транзисторов? Да, правильно, улучшит. Все, что нам нужно сделать, это объединить наши транзисторы в схему Дарлингтона, данная схема была разработана в 1953 году Сидни Дарлингтоном.

Примерное подключение двух биполярных транзисторов в схему Дарлингтона

T1 течет из эмиттера I BT1 · β T1 и напрямую влияет на базу T2. Транзистор Т2 усилен в β Т2 — кратно. В результате ток I BT1 · β T1 · β T2 протекает через коллектор T2. Гораздо большая часть тока проходит через T2, поэтому ток коллектора T1 можно считать незначительным.

Распределение токов, протекающих в схеме Дарлингтона

Преобразовывая формулы, мы сделали несколько упрощений. Однако, они мало повлияют на результат (порядка одного процента). Коэффициент усиления по току транзисторов колеблется намного сильнее (температура, производитель).

Преимущества схемы Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона используются так же, как одинарные биполярные. Их можно рассматривать как один транзистор с измененными параметрами. Наиболее важной особенностью такого изменения является умножение текущих коэффициентов усиления.

Вернемся к примеру, приведенному в начале: объединив мощный транзистор с β = 40 с меньшим значением β, мы получим коэффициент усиления 1600. Для включения нагрузки, потребляющей 5 А, потребуется всего 3 мА — это ток, который успешно обеспечивает большинство микроконтроллеров.

Однако необходимо помнить, что транзисторы в этом соединении загружены неравномерно: большая часть тока проходит через T2. Это означает, что они не обязательно должны быть одного типа. Например, T1 может быть транзистором малой мощности с большим β, что делает результирующее усиление еще выше!

Недостатки схемы Дарлингтона

К сожалению, на этом преимущества заканчиваются. Первый недостаток этой схемы — это то, что на базе-эмиттрере напряжение приходит вдвое большее. Здесь мы имеем дело с последовательным соединением переходов база-эмиттер, поэтому напряжения на каждом из них складываются (около 0,7 В при включении).

Однако гораздо более серьезным недостатком является повышенное напряжение насыщения. Этот вопрос лучше всего проанализировать на диаграмме с записью напряжений.

Распределение напряжения в насыщенном транзисторе Дарлингтона

Напряжение коллектор-эмиттер транзистора Дарлингтона состоит из:

Когда система насыщена, транзистор T2 все еще должен быть открыт, то есть, его напряжение база-эмиттер составляет 0,7 В. Благодаря этому, транзистор T1 может правильно насыщаться, и его U CE падает до произвольного уровня 0,2 В. После суммирования этих значений напряжения, оказывается, что U CE транзистора T2 целых 0,9 В!

В нашей примерной схеме, из начала этой статьи, одиночный транзистор имеет большое преимущество: в насыщенном состоянии на нем будет около 0,2 В (на практике немного больше), что в сочетании с протекающим током 5 А, через коллектор, приведет к рассеиванию мощности около 1 Вт.

Это количество тепла можно легко рассеять с помощью небольшого радиатора, то есть элемента, который отводит тепло. Обычно он изготавливается из алюминия, который имеет легкий вес и хорошо проводит тепло. Радиаторы имеют различную форму — чаще всего в поперечном сечении они напоминают гребешок, увеличивающий поверхность контакта с протекающим воздухом.

Радиатор — теплоотводящий элемент

Но вернемся к управлению нашим двигателем. Если мы воспользуемся Дарлингтоном, эта мощность будет потрачена впустую, да и радиатор потребуется намного прочнее. Кроме того, напряжение питания приемника будет ниже примерно на 1 В. В случае схем, питающихся от низкого напряжения, например 3,3 В, это будет значительное снижение.

И еще, в забитом состоянии, напряжение коллектор-эмиттер обоих транзисторов практически одинаково. Это означает, что при управлении приемником от источника питания, например 60 В, оба транзистора должны выдерживать такое напряжение (с запасом).

Схема Дарлингтона на практике

Пришло время проверить свойства схемы Дарлингтона на практике. Конечно, согласно предыдущей схеме, такую ​​конфигурацию можно построить «вручную» на двух транзисторах. Однако, эта схема настолько популярна, что производители также продают готовые транзисторы Дарлингтона, которые имеют такое двойное соединение и выглядят, как обычный одиночный транзистор.

В нашем эксперименте мы будем использовать транзистор MPSA29 (β> 10000), который представляет собой готовый транзистор Дарлингтона. Сравним его работу с ранее рассмотренным BC546 (β = 200–450). На этот раз, мы построим две версии «графитово-бумажного потенциометра», в которых один из путей, по которым протекает ток, будет нарисован карандашом на листе бумаги!

Для выполнения этого упражнения вам потребуются:

Сначала сделайте потенциометр самостоятельно. На листе бумаги проведите карандашом толстую линию, длиной в несколько сантиметров. Несколько раз проведите карандашом по линии, чтобы она была четкой (одного проведения недостаточно, потому что углеродный след на листе не будет сплошным). Как вы, наверное, знаете, графит проводит электричество, но обладает довольно большим сопротивлением. Проведя линию, вы сделали резистор с сопротивлением в сотни килоом на сантиметр. Это вы можете проверить с помощь. мультиметра.

С помощью мультиметра, можно измерить сопротивление линии, проведенной карандашом

Теперь нам нужно разместить на макетной плате микросхему, которая будет использовать наш графитовый резистор. Пока мы будем использовать хорошо известный транзистор BC546. Однако, стоит сразу обратить внимание на другое расположение выводов MPSA29!

Сравнение выводов транзисторов BC546 и MPSA29

Мы будем использовать графитовую линию как «потенциометр», регулирующий ток, протекающий через основание. Просто прижмите провода к листу бумаги. Чем больше расстояние между проводниками, тем больше сопротивление между ними. Резистор 10 кОм используется для защиты транзистора от возгорания, в случае случайного короткого замыкания этих проводов.

Принципиальная схема для тестирования усиления BC546

На практике вся схема может выглядеть так:

Сборка схемы на макетной плате	Схема с BC546 на практике

Пришло время проверить, как ведет себя схема при разном сопротивлении. Выполняя это упражнение, не касайтесь пальцами проводов «потенциометра» — сопротивление кожи относительно низкое, что нарушит ход данного эксперимента.

Сопротивление низкое — светодиод горит	Сопротивление высокое — светодиод не горит

Чем длиннее дорожка между концами проводов, тем выше сопротивление и меньше тока течет в базу. На какой длине дорожки светодиод перестает гореть? Запишите свой результат, выключите питание и замените транзистор на MPSA29. Однако помните, что у этого транзистора другой эмиттер и коллектор!

Принципиальная схема для тестирования усиления MPSA29

На практике вся схема может выглядеть так:

Схема на макетной плате	Пример с MPSA29

После сборки схемы включите питание, и снова прижмите концы проводов к дорожке на листе. Теперь расстояние между проводами, на которых горит светодиод, должно быть намного больше. Это все благодаря свойствам нового транзистора, который имеет гораздо более высокое бета-усиление.

Сопротивление низкое — светодиод горит	Сопротивление высокое — светодиод все еще горит

Транзисторы Дарлингтона медленные!

Для схемы Дарлингтона характерно определенное явление, которое очень затрудняет работу на высоких частотах. Его переключение, а особенно выключение, занимает много времени (для электроники).

Давайте еще раз посмотрим на принципиальную схему. При включении питания потенциал базы T1 повышается (например, микроконтроллером), тем самым вводя в нее ток. Этот транзистор очень быстро переходит из состояния засорения в активный, в котором он усиливает этот ток и подает его на базу T2, которая также очень эффективно включается. Все происходит довольно быстро.

Примерная схема подключения двух биполярных транзисторов в схему Дарлингтона

Теперь выключаем транзистор Дарлингтона. Потенциал базы T1 подтягивается резистором к земле. Носители заряда, накопившиеся в этой базе, должны оттекать от нее через этот резистор. Поскольку T1 был «по-настоящему» насыщен, таких носителей там было довольно много.

В течение этого времени, T2 все еще был проводящим, хотя он больше не должен таковым быть. Предположим, что носители вышли из базы T1, вопрос: куда должны уйти носители с базы T2? Единственный выход — это база, но к ней подключен только забитый транзистор… Нам остается только ждать, пока эти носители самопроизвольно «рассеются» и транзистор окончательно перестанет проводить.

Это явление демонстрируют следующие иллюстрации (текущие значения, конечно, не отражают реальные — они служат только для иллюстрации шкалы и самого факта прохождения тока; RL и значок двигателя символизируют какой-то элемент, который питается от транзистора, например двигатель).

Оба транзистора непроводящие	Течение тока через базу, активирует оба транзистора

В выключенном состоянии ситуация следующая:

Заряд, накопленный после отключения тока	Захваченный заряд медленно рассеивается

Таким образом, на отключение транзистора Дарлингтона влияют два события:

Первую проблему можно как-то решить, используя, например, соответствующие схемы для ускорения переключения транзисторов. Однако с последним есть проблема, потому что по носителям должен быть обеспечен поток от базы к эмиттеру.

Электроника придумала способ частично решить эту проблему. Этот метод предполагает добавление резистора между базой и эмиттером Т2. Благодаря этому, носители заряда находят выход из базы. Одним из недостатков является снижение коэффициента усиления по току, поскольку этот резистор «крадет» ток у эмиттера T1.

Такие модифицированные транзисторы Дарлингтона коммерчески доступны как одиночные, так и в виде интегральных схем с большим количеством компонентов внутри. Хорошим примером является популярная микросхема ULN2003, в состав которой входит аж 7 таких систем.

Популярная микросхема ULN2003

В состав этой микросхемы также входят резисторы, ограничивающие базовый ток T1 (2,7 кОм) и ускоряющие выключение T1. Использование таких интегральных блоков удобно тем, что экономит место на плате, вход этой схемы подключается напрямую к выходу микроконтроллера.

Внутренняя схема ULN2003

Вывод

Позади еще одна статья, в которой мы обсудили свойства транзисторов. Мы раскрыли еще несколько небольших секретов, связанных с этими чрезвычайно популярными элементами. С этого момента у вас больше не должно возникнуть проблем, если вам вдруг понадобится транзистор с гораздо большим усилением по току, чем тот, что у вас есть. Однако не стоит забывать, что транзисторы Дарлингтона имеют ряд недостатков.

Источник