- Par de transistores Darlington y su configuración:
- Cálculo de ganancia de corriente de par de transistores Darlington:
- Ejemplo de transistor Darlington:
- Aplicación del transistor Darlington:
- ¿Qué es un transistor Darlington idéntico?
- IC del transistor Darlington:
- Conmutación de un motor usando ULN2003 IC:
El transistor Darlington fue inventado en 1953 por un ingeniero eléctrico e inventor estadounidense, Sidney Darlington.
El transistor Darlington utiliza dos transistores BJT (transistor de unión bipolar) estándar que están conectados entre sí. Transistor Darlington conectado en una configuración donde uno de los emisores del transistor proporciona corriente polarizada a la base del otro transistor.
Par de transistores Darlington y su configuración:
Si vemos el símbolo del Transistor Darlington, podemos ver claramente cómo están conectados dos transistores. En las siguientes imágenes, se muestran dos tipos de transistor Darlington. En el lado izquierdo está NPN Darlington y en el otro lado está PNP Darlington. Podemos ver que NPN Darlington consta de dos transistores NPN y PNP Darlington consta de dos transistores PNP. El emisor del primer transistor está conectado directamente a través de la base de otro transistor, también el colector de los dos transistores está conectado entre sí. Esta configuración se utiliza para transistores Darlington NPN y PNP. En esta configuración, el par o el transistor Darlington produce una ganancia mucho mayor y una gran capacidad de amplificación.
Un transistor BJT normal (NPN o PNP) puede operar entre dos estados, ON y OFF. Necesitamos proporcionar corriente a la base que controla la corriente del colector. Cuando proporcionamos suficiente corriente a la base, el BJT entra en modo de saturación y la corriente fluye de colector a emisor. Esta corriente de colector es directamente proporcional a la corriente de base. La relación entre la corriente base y la corriente del colector se denomina ganancia de corriente del transistor, que se denota como Beta (β). En un transistor BJT típico, la ganancia de corriente está limitada según la especificación del transistor. Pero en algunos casos, la aplicación necesita una ganancia de corriente mayor que la que no podría proporcionar un solo transistor BJT. losEl par Darlington es perfecto para aplicaciones donde se necesita una alta ganancia de corriente.
Configuración cruzada:
Sin embargo, la configuración que se muestra en la imagen de arriba usa dos PNP o dos NPN, hay otra configuración Darlington o la configuración cruzada también está disponible, donde se usa un PNP con NPN o un NPN con PNP. Este tipo de configuración cruzada se denomina configuración de par Sziklai Darlington o configuración Push-Pull.
En la imagen de arriba se muestran los pares de Sziklai Darlington. Esta configuración produce menos calor y tiene ventajas sobre el tiempo de respuesta. Lo discutiremos más tarde. Se utiliza para amplificadores de clase AB o donde se necesitan topologías Push-Pull.
Aquí hay algunos proyectos en los que usamos los transistores Darlington:
- Generando tonos tocando los dedos usando Arduino
- Circuito detector de mentiras simple usando transistores
- Circuito transmisor de infrarrojos de largo alcance
- Robot seguidor de línea usando Arduino
Cálculo de ganancia de corriente de par de transistores Darlington:
En la imagen de abajo podemos ver dos transistores PNP o dos NPN conectados entre sí.
La ganancia de corriente general del par Darlington será-
Ganancia de corriente (hFE) = ganancia del primer transistor (hFE 1) * ganancia del segundo transistor (hFE 2)
En la imagen de arriba, dos transistores NPN crearon una configuración NPN Darlington. Los dos transistores NPN T1 y T2 están conectados juntos en un orden en el que están conectados los colectores de T1 y T2. El primer transistor T1 proporciona la corriente de base requerida (IB2) a la base del segundo transistor T2. Entonces, la corriente de base IB1, que está controlando el T1, está controlando el flujo de corriente en la base de T2.
Entonces, se alcanza la ganancia de corriente total (β), cuando la corriente del colector es
β * IB como hFE = fFE 1 * hFE 2
Como el colector de dos transistores está conectado, la corriente total del colector (IC) = IC1 + IC2
Ahora, como se discutió anteriormente, obtenemos la corriente del colector β * IB 1
En esta situación, la ganancia actual es la unidad o mayor que uno.
Veamos cómo la ganancia actual es la multiplicación de la ganancia actual de los dos transistores.
IB2 está controlado por la corriente del emisor de T1, que es IE1. IE1 está conectado directamente a través de T2. Entonces, IB2 e IE1 son iguales.
IB2 = IE1.
Podemos cambiar aún más esta relación con
IC 1 + IB 1
Cambiando el IC1 como lo hicimos anteriormente, obtenemos
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Ahora, como antes, hemos visto que
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 Como, IB2 o 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 }
Entonces, el circuito integrado de corriente de colector total es una ganancia combinatoria de la ganancia de transistores individuales.
Ejemplo de transistor Darlington:
A 60W carga con 15V necesidades de tensión de entrada para conmutar a través de dos transistores NPN, la creación de un par Darlington. La primera ganancia de transistor será 30 y la segunda ganancia de transistor será 95. Calcularemos la corriente base para cambiar la carga.
Como sabemos, cuando se encienda la carga, la corriente del colector será la corriente de carga. Según la ley de potencia, la corriente del colector (IC) o la corriente de carga (IL) será
I L = I C = Potencia / Voltaje = 60/15 = 4Amps
Como la ganancia de corriente base para el primer transistor será 30 y para el segundo transistor será 95 (β1 = 30 y β2 = 95), podemos calcular la corriente base con la siguiente ecuación:
Por lo tanto, si aplicamos 1.3mA de corriente a través de la primera base del transistor, la carga cambiará “ EN ” y si aplicamos 0 mA actual o cimentados la base de la carga será conmutada “ OFF ”.
Aplicación del transistor Darlington:
La aplicación del transistor Darlington es la misma que la del transistor BJT normal.
En la imagen de arriba, el transistor NPN Darlington se usa para cambiar la carga. La carga puede ser cualquiera, desde carga inductiva o resistiva. La resistencia base R1 proporciona la corriente base al transistor NPN Darlington. La resistencia R2 es para limitar la corriente a la carga. Es aplicable para cargas específicas que necesitan limitación de corriente en funcionamiento estable. Como el ejemplo sugiere que la corriente de base requerida es muy baja, se puede cambiar fácilmente desde un microcontrolador o unidades lógicas digitales. Pero cuando el par Darlington está en una región saturada o totalmente en condiciones, hay una caída de voltaje en la base y el emisor. Es una de las principales desventajas de un par Darlington.. Las caídas de voltaje oscilan entre 0,3 V y 1,2 V. Debido a esta caída de voltaje, el transistor Darlington se calienta más cuando está en modo completamente encendido y suministra corriente a la carga. Además, debido a la configuración que la primera resistencia enciende la segunda resistencia, el transistor Darlington produce un tiempo de respuesta más lento. En tal caso, la configuración de Sziklai proporciona una ventaja sobre el tiempo de respuesta y el rendimiento térmico.
Un transistor NPN Darlington popular es BC517.
Según la hoja de datos de BC517, el gráfico anterior proporciona una ganancia de corriente CC de BC517. Tres curvas de menor a mayor, respectivamente, proporcionan información sobre la temperatura ambiente. Si vemos la curva de temperatura ambiente de 25 grados, la ganancia de corriente CC es máxima cuando la corriente del colector es de alrededor de 150 mA.
¿Qué es un transistor Darlington idéntico?
El transistor Darlington idéntico tiene dos pares idénticos con exactamente la misma especificación con la misma ganancia de corriente para cada uno. Eso significa que la ganancia de corriente del primer transistor β1 es la misma que la ganancia de corriente de los segundos transistores β2.
Usando la fórmula de corriente del colector, la ganancia de corriente del transistor idéntico será-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
La ganancia actual será mucho mayor. Los ejemplos de pares NPN Darlington son TIP120, TIP121, TIP122, BC517 y los ejemplos de pares PNP Darlington son BC516, BC878 y TIP125.
IC del transistor Darlington:
El par Darlington permite a los usuarios impulsar más aplicaciones de energía con unos pocos miliamperios de fuente de corriente desde un microcontrolador o fuentes de baja corriente.
ULN2003 es un chip ampliamente utilizado en electrónica que proporciona matrices Darlington de alta corriente con siete salidas de colector abierto. La familia ULN consta de ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, tres variantes diferentes en múltiples opciones de paquete. El ULN2003 es una variante ampliamente utilizada en la serie ULN. Este dispositivo incluye diodos de supresión dentro del circuito integrado, que es una característica adicional para impulsar la carga inductiva con este.
Esta es la estructura interna del ULN2003 IC. Es un paquete de inmersión de 16 pines. Como podemos ver, los pines de entrada y salida son exactamente opuestos, debido a que es más fácil conectar el IC y hacer que el diseño de la PCB sea más simplista.
Hay siete pines colectores abiertos disponibles. También está disponible un pin adicional que es útil para aplicaciones relacionadas con cargas inductivas, pueden ser motores, solenoides, relés, que necesitan diodos de rueda libre, podemos hacer la conexión usando ese pin.
Los pines de entrada son compatibles para usar con TTL o CMOS, en el otro lado, los pines de salida son capaces de absorber altas corrientes. Según la hoja de datos, los pares de Darlington son capaces de absorber 500 mA de corriente y pueden tolerar 600 mA de corriente máxima.
En la imagen superior, se muestra la conexión real de la matriz Darlington para cada controlador. Se utiliza en siete conductores, cada conductor consta de este circuito.
Cuando los pines de entrada de ULN2003, desde el pin 1 al pin 7, están provistos de Alto, la salida será baja y la corriente la atravesará. Y cuando proporcionamos un pin de entrada bajo, la salida estará en estado de alta impedancia y no hundirá la corriente. El pin 9 se usa para diodo de rueda libre; siempre debe estar conectado al VCC, al cambiar cualquier carga inductiva usando la serie ULN. También podemos impulsar aplicaciones más actuales conectando en paralelo las entradas y salidas de dos pares, como podemos conectar el pin 1 con el pin 2 y, por otro lado, podemos conectar los pines 16 y 15 y dos pares Darlington en paralelo para impulsar cargas de corriente más altas.
ULN2003 también se utiliza para impulsar motores paso a paso con microcontroladores.
Conmutación de un motor usando ULN2003 IC:
En este video, el motor está conectado a través de un pin de salida de colector abierto, por otro lado, la entrada, estamos proporcionando aproximadamente 500nA (.5mA) de corriente y controlando 380mA de corriente a través del motor. Así es como una pequeña cantidad de corriente base puede controlar una corriente de colector mucho más alta en el transistor Darlington.
Además, a medida que se usa el motor , el pin 9 se conecta a través de VCC para proporcionar protección contra marcha libre.
La resistencia proporciona un tirón bajo, lo que hace que la entrada sea BAJA cuando no hay flujo de corriente proveniente de la fuente, lo que hace que la salida sea de alta impedancia parando el motor. Ocurrirá lo contrario cuando se aplique corriente adicional a través del pin de entrada.