- Paire de transistors Darlington et sa configuration:
- Calcul du gain de courant de paire de transistors Darlington:
- Exemple de transistor Darlington:
- Application du transistor Darlington:
- Qu'est-ce qu'un transistor Darlington identique?
- CI de transistor Darlington:
- Commutation d'un moteur à l'aide d'IC ULN2003:
Le transistor Darlington est inventé en 1953 par un ingénieur électricien et inventeur américain, Sidney Darlington.
Le transistor Darlington utilise deux transistors BJT (transistor bipolaire à jonction) qui sont connectés ensemble. Transistor Darlington connecté dans une configuration où l'un des émetteurs du transistor fournit un courant polarisé à la base de l'autre transistor.
Paire de transistors Darlington et sa configuration:
Si nous voyons le symbole du transistor Darlington, nous pouvons clairement voir comment deux transistors sont connectés. Dans les images ci-dessous, deux types de transistors Darlington sont présentés. Sur le côté gauche, c'est NPN Darlington et de l'autre côté c'est PNP Darlington. Nous pouvons voir que NPN Darlington se compose de deux transistors NPN, et PNP Darlington se compose de deux transistors PNP. L'émetteur du premier transistor est directement connecté à travers la base de l'autre transistor, également le collecteur des deux transistors sont connectés ensemble. Cette configuration est utilisée pour les transistors Darlington NPN et PNP. Dans cette configuration, la paire ou le transistor Darlington produit un gain beaucoup plus élevé et de grandes capacités d'amplification.
Un transistor BJT normal (NPN ou PNP) peut fonctionner entre deux états, ON et OFF. Nous devons fournir du courant à la base qui contrôle le courant du collecteur. Lorsque nous fournissons suffisamment de courant à la base, le BJT entre en mode saturation et le courant circule du collecteur à l'émetteur. Ce courant de collecteur est directement proportionnel au courant de base. Le rapport du courant de base et du courant de collecteur est appelé gain de courant du transistor qui est noté Bêta (β). Dans un transistor BJT typique, le gain de courant est limité en fonction de la spécification du transistor. Mais dans certains cas, l'application a besoin de plus de gain de courant qu'un seul transistor BJT ne pourrait fournir. leLa paire Darlington est parfaite pour les applications où un gain de courant élevé est nécessaire.
Configuration croisée:
Cependant, la configuration montrée dans l'image ci-dessus utilise deux PNP ou deux NPN, il existe une autre configuration Darlington ou la configuration croisée est également disponible, où un PNP est utilisé avec NPN, ou un NPN est utilisé avec PNP. Ce type de configuration croisée est appelé configuration de paire Sziklai Darlington ou configuration Push-Pull.
Dans l'image ci-dessus, les paires Sziklai Darlington sont montrées. Cette configuration produit moins de chaleur et présente des avantages sur le temps de réponse. Nous en discuterons plus tard. Il est utilisé pour les amplificateurs de classe AB ou lorsque les topologies Push-Pull sont nécessaires.
Voici quelques projets où nous avons utilisé les transistors Darlington:
- Générer des sons en tapant des doigts à l'aide d'Arduino
- Circuit détecteur de mensonge simple utilisant des transistors
- Circuit émetteur IR longue portée
- Robot suiveur de ligne utilisant Arduino
Calcul du gain de courant de paire de transistors Darlington:
Dans l'image ci-dessous, nous pouvons voir que deux transistors PNP ou deux transistors NPN sont connectés ensemble.
Le gain actuel global de la paire Darlington sera-
Gain de courant (hFE) = Gain du premier transistor (hFE 1) * Gain du deuxième transistor (hFE 2)
Dans l'image ci-dessus, deux transistors NPN ont créé une configuration NPN Darlington. Les deux transistors NPN T1 et T2 sont connectés ensemble dans un ordre où les collecteurs T1 et T2 sont connectés. Le premier transistor T1 fournit le courant de base requis (IB2) à la base du deuxième transistor T2. Ainsi, le courant de base IB1, qui contrôle le T1, contrôle le flux de courant à la base de T2.
Ainsi, le gain de courant total (β) est atteint, lorsque le courant du collecteur est
β * IB comme hFE = fFE 1 * hFE 2
Comme le collecteur de deux transistors est connecté ensemble, le courant total du collecteur (IC) = IC1 + IC2
Maintenant, comme discuté ci-dessus, nous obtenons le courant du collecteur β * IB 1
Dans cette situation, le gain actuel est égal ou supérieur à un.
Voyons comment le gain de courant est la multiplication du gain de courant des deux transistors.
IB2 est contrôlé par le courant d'émetteur de T1, qui est IE1. IE1 est directement connecté via T2. Ainsi, IB2 et IE1 sont identiques.
IB2 = IE1.
Nous pouvons encore changer cette relation avec
IC 1 + IB 1
En changeant l'IC1 comme nous l'avons fait précédemment, nous obtenons
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Maintenant comme précédemment, nous avons vu que
IC = β 1 IB 1 + β 2 IB 2 As, IB2 ou 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 }
Ainsi, le courant de collecteur total IC est un gain combinatoire du gain des transistors individuels.
Exemple de transistor Darlington:
Une charge de 60 W avec une tension d'entrée de 15 V doit être commutée à l'aide de deux transistors NPN, créant une paire Darlington. Le gain du premier transistor sera de 30 et le gain du second transistor sera de 95. Nous calculerons le courant de base pour commuter la charge.
Comme nous le savons, lorsque la charge sera allumée, le courant du collecteur sera le courant de charge. Conformément à la loi de puissance, le courant du collecteur (IC) ou le courant de charge (IL) sera
I L = I C = Puissance / Tension = 60/15 = 4Amps
Comme le gain de courant de base pour le premier transistor sera de 30 et pour le deuxième transistor sera de 95 (β1 = 30 et β2 = 95), nous pouvons calculer le courant de base avec l'équation suivante -
Donc, si nous appliquons 1,3 mA de courant à travers la première base du transistor, la charge passera sur « ON » et si nous appliquons un courant de 0 mA ou mettons la base à la terre, la charge sera désactivée.
Application du transistor Darlington:
L'application du transistor Darlington est la même que celle du transistor BJT normal.
Dans l'image ci-dessus, le transistor NPN Darlington est utilisé pour commuter la charge. La charge peut être n'importe quoi de charge inductive ou résistive. La résistance de base R1 fournit le courant de base au transistor NPN Darlington. La résistance R2 est de limiter le courant à la charge. Il est applicable pour des charges spécifiques qui nécessitent une limitation de courant en fonctionnement stable. Comme l'exemple suggère que le courant de base requis très faible, il peut être commuté facilement des unités de microcontrôleur ou de logique numérique. Mais lorsque la paire Darlington est dans une région saturée ou entièrement en état, il y a une chute de tension entre la base et l'émetteur. C'est un inconvénient majeur pour une paire Darlington. Les chutes de tension vont de 0,3 V à 1,2 V. En raison de cette chute de tension, le transistor Darlington devient plus chaud lorsqu'il est en mode complètement allumé et qu'il fournit du courant à la charge. De plus, en raison de la configuration, la seconde résistance est activée par la première résistance, le transistor Darlington produit un temps de réponse plus lent. Dans ce cas, la configuration Sziklai offre un avantage sur le temps de réponse et les performances thermiques.
Un transistor NPN Darlington populaire est BC517.
Selon la fiche technique du BC517, le graphique ci-dessus fournit un gain de courant continu de BC517. Trois courbes du plus bas au plus élevé fournissent respectivement des informations sur la température ambiante. Si nous voyons la courbe de température ambiante de 25 degrés, le gain de courant CC est maximal lorsque le courant du collecteur est d'environ 150 mA.
Qu'est-ce qu'un transistor Darlington identique?
Le transistor Darlington identique a deux paires identiques avec exactement la même spécification avec le même gain de courant pour chacun. Cela signifie que le gain de courant du premier transistor β1 est le même que le gain de courant des seconds transistors β2.
En utilisant la formule de courant du collecteur, le gain de courant du transistor identique sera-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
Le gain actuel sera beaucoup plus élevé. Les exemples de paires NPN Darlington sont les exemples de paires TIP120, TIP121, TIP122, BC517 et PNP Darlington BC516, BC878 et TIP125.
CI de transistor Darlington:
La paire Darlington permet aux utilisateurs de piloter plus d'applications de puissance avec quelques milliampères de source de courant à partir d'un microcontrôleur ou de sources à faible courant.
ULN2003 est une puce largement utilisée dans l'électronique qui fournit des réseaux Darlington à courant élevé avec sept sorties à collecteur ouvert. La famille ULN comprend ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, trois variantes différentes dans plusieurs options de package. L' ULN2003 est une variante largement utilisée dans la série ULN. Cet appareil comprend des diodes de suppression à l'intérieur du circuit intégré, ce qui est une caractéristique supplémentaire pour piloter une charge inductive à l' aide de celui-ci.
Il s'agit de la structure interne du CI ULN2003. C'est un paquet de dip 16 broches. Comme nous pouvons le voir, les broches d'entrée et de sortie sont exactement opposées, car il est plus facile de connecter le circuit intégré et de simplifier la conception du PCB.
Il y a sept broches collectrices ouvertes disponibles. Une broche supplémentaire est également disponible, ce qui est utile pour les applications liées à la charge inductive, il peut s'agir de moteurs, de solénoïdes, de relais, qui nécessitent des diodes de roue libre, nous pouvons effectuer la connexion à l'aide de cette broche.
Les broches d'entrée sont compatibles pour une utilisation avec TTL ou CMOS, de l'autre côté les broches de sortie sont capables d'absorber des courants élevés. Selon la fiche technique, les paires Darlington sont capables d' absorber 500 mA de courant et peuvent tolérer 600 mA de courant de crête.
Dans l'image supérieure, la connexion réelle de la baie Darlington est indiquée pour chaque pilote. Il est utilisé dans sept pilotes, chaque pilote composé de ce circuit.
Lorsque les broches d'entrée de l' ULN2003, de la broche 1 à la broche 7, sont fournies avec High, la sortie sera basse et elle absorbera du courant à travers elle. Et lorsque nous fournissons une broche d'entrée faible, la sortie sera dans un état d'impédance élevée et ne absorbera pas de courant. La broche 9 est utilisée pour la diode de roue libre; il doit toujours être connecté au VCC, lors de la commutation d'une charge inductive en utilisant la série ULN. Nous pouvons également piloter des applications plus actuelles en mettant en parallèle les entrées et les sorties de deux paires, comme nous pouvons connecter la broche 1 avec la broche 2 et, d'autre part, nous pouvons connecter les broches 16 et 15 et parallèlement deux paires Darlington pour conduire des charges de courant plus élevées.
ULN2003 est également utilisé pour entraîner des moteurs pas à pas avec des microcontrôleurs.
Commutation d'un moteur à l'aide d'IC ULN2003:
Dans cette vidéo, le moteur est connecté à travers une broche de sortie à collecteur ouvert, d'autre part l'entrée, nous fournissons un courant d' environ 500nA (.5mA) et contrôlons 380mA de courant à travers le moteur. C'est ainsi qu'une petite quantité de courant de base peut contrôler un courant de collecteur beaucoup plus élevé dans le transistor Darlington.
De plus, lorsque le moteur est utilisé, la broche 9 est connectée à travers VCC pour fournir une protection contre la roue libre.
La résistance fournit une faible traction vers le haut, rendant l'entrée BASSE quand aucun courant ne provient de la source, ce qui rend la sortie haute impédance arrêtant le moteur. L'inverse se produit lorsqu'un courant supplémentaire est appliqué sur la broche d'entrée.