Τι είναι ένα τρανζίστορ Darlington;

Ένα τρανζίστορ Darlington είναι ένα ζεύγος διπολικών τρανζίστορ που συνδέονται για να παρέχουν ένα κέρδος πολύ υψηλού ρεύματος από ένα ρεύμα χαμηλής βάσης. Ο πομπός του τρανζίστορ εισόδου είναι πάντα συνδεδεμένος με τη βάση του τρανζίστορ εξόδου. οι συλλέκτες τους είναι δεμένοι μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα που ενισχύεται από το τρανζίστορ εισόδου ενισχύεται περαιτέρω από το τρανζίστορ εξόδου. Ένα Darlington χρησιμοποιείται συχνά όπου απαιτείται υψηλό κέρδος σε χαμηλή συχνότητα. Οι κοινές εφαρμογές περιλαμβάνουν στάδια εξόδου ενισχυτή ήχου, ρυθμιστές ισχύος, ελεγκτές κινητήρα και προγράμματα οδήγησης οθόνης.

Γνωστό και ως ζεύγος Darlington, το τρανζίστορ Darlington επινοήθηκε το 1953 από τον Sidney Darlington στα εργαστήρια Bell. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 1950 και του 1960, ονομαζόταν επίσης ζεύγος υπερ-άλφα. Ο Darlington αναγνώρισε τα πολλά πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού για κυκλώματα εκπομπού-ακολούθου και κατοχύρωσε την ιδέα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.

Η συνήθως χαμηλής ισχύος και υψηλής απολαβής φύση του τρανζίστορ Darlington μπορεί να το κάνει πολύ ευαίσθητο σε μικρές αλλαγές στο ρεύμα εισόδου. Τα Darlington χρησιμοποιούνται συχνά σε αισθητήρες αφής και φωτός για αυτό το λόγο. Τα Photodarlington έχουν σχεδιαστεί ειδικά για φωτοευαίσθητα κυκλώματα.

Η πλευρά εξόδου είναι συχνά υψηλής ισχύος, χαμηλότερης απολαβής. Με ένα τρανζίστορ πολύ υψηλής ισχύος, μπορεί να ελέγχει κινητήρες, μετατροπείς ισχύος και άλλες συσκευές υψηλού ρεύματος. Τα σχέδια μέσης ισχύος χρησιμοποιούνται συχνά με τη λογική του ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC) για την κίνηση ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων, οθονών διόδων εκπομπής φωτός (LED) και άλλων μικρών φορτίων.

Ο σχεδιασμός του τρανζίστορ Darlington παρέχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τη χρήση τυπικών απλών τρανζίστορ. Το κέρδος κάθε τρανζίστορ στο ζεύγος πολλαπλασιάζεται μαζί, δίνοντας ένα αρκετά υψηλό συνολικό κέρδος ρεύματος. Το μέγιστο ρεύμα συλλέκτη του τρανζίστορ εξόδου καθορίζει αυτό του ζεύγους—μπορεί να είναι 100 αμπέρ ή περισσότερο. Απαιτείται λιγότερος φυσικός χώρος, καθώς τα τρανζίστορ συχνά συσκευάζονται μαζί σε μία συσκευή. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι το συνολικό κύκλωμα μπορεί να έχει πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου.

Το τρανζίστορ ακολουθεί γενικά τους ίδιους σχεδιαστικούς κανόνες με ένα μόνο τρανζίστορ, με μερικούς περιορισμούς. Απαιτεί υψηλότερη τάση εκπομπού βάσης για να ενεργοποιηθεί, συνήθως διπλάσια από αυτή ενός τρανζίστορ. Ο χρόνος απενεργοποίησης του είναι πολύ μεγαλύτερος αφού το ρεύμα βάσης του τρανζίστορ εξόδου δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί ενεργά. Αυτή η καθυστέρηση μπορεί να μειωθεί με τη σύνδεση μιας αντίστασης εκφόρτισης μεταξύ της βάσης και του πομπού του τρανζίστορ εξόδου. Ωστόσο, τα Darlington δεν είναι κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής συχνότητας λόγω αυτού του χρόνου καθυστέρησης.
Η τάση κορεσμού ενός τρανζίστορ Darlington είναι επίσης υψηλότερη, συχνά 0.7v DC για το πυρίτιο αντί για περίπου 0.2v DC. Αυτό μερικές φορές προκαλεί διασπορά υψηλότερης ισχύος, καθώς το τρανζίστορ εξόδου δεν μπορεί να κορεστεί. Σε υψηλότερες συχνότητες, είναι επίσης δυνατή μια μεγαλύτερη μετατόπιση φάσης, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε αστάθεια υπό αρνητική ανάδραση.

Ένα σχηματικό σχήμα τρανζίστορ Darlington απεικονίζει συχνά το ζεύγος των στοιχείων τρανζίστορ που είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους μέσα σε έναν μόνο μεγάλο κύκλο. Ένα συμπληρωματικό τρανζίστορ Darlington ή Sziklai χρησιμοποιεί αντίθετους τύπους τρανζίστορ μαζί. Όταν απαιτούνται πολλά ζεύγη χαμηλής ισχύος σε ένα κύκλωμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα IC συστοιχίας τρανζίστορ Darlington. Τα προγράμματα οδήγησης συχνά τα χρησιμοποιούν, καθώς συνήθως περιλαμβάνουν διόδους για την αποφυγή αιχμών όταν τα φορτία είναι απενεργοποιημένα. Πολλά κυκλώματα Darlington κατασκευάζονται επίσης με ζεύγη μεμονωμένων διακριτών τρανζίστορ συνδεδεμένα μεταξύ τους.