Transistor Darlington

Configuración electrónica multitransistor

Transistor Darlington (tipo NPN)

En electrónica , una configuración multitransistor llamada configuración Darlington (comúnmente llamada par Darlington ) es un circuito que consta de dos transistores bipolares con el emisor de un transistor conectado a la base del otro, de modo que la corriente amplificada por el primero El transistor es amplificado aún más por el segundo. ^[1] Los colectores de ambos transistores están conectados entre sí. Esta configuración tiene una ganancia de corriente mucho mayor que la de cada transistor tomado por separado. Actúa como un solo transistor y, a menudo, se presenta como un solo transistor. Fue inventado en 1953 por Sidney Darlington .

Comportamiento

Vista del chip en un MJ1000

Un par Darlington se comporta como un solo transistor, lo que significa que tiene una base, un colector y un emisor. Por lo general, crea una ganancia de corriente alta (aproximadamente el producto de las ganancias de los dos transistores, debido al hecho de que sus valores β se multiplican). Una relación general entre la ganancia actual compuesta y las ganancias individuales viene dada por:

${\displaystyle \beta _{\mathrm {Darlington} }=\beta _{1}\cdot \beta _{2}+\beta _{1}+\beta _{2}}$

Si β ₁ y β ₂ son lo suficientemente altos (centenares), esta relación se puede aproximar con:

${\displaystyle \beta _{\mathrm {Darlington} }\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2}}$

Ventajas

Un transistor Darlington típico tiene una ganancia de corriente de 1000 o más, por lo que sólo se necesita una pequeña corriente de base para hacer que el par conmute con corrientes conmutadas mucho más altas. ^[2]

Otra ventaja consiste en proporcionar una impedancia de entrada muy alta para el circuito, lo que también se traduce en una disminución igual de la impedancia de salida.

La facilidad para crear este circuito también supone una ventaja. Puede fabricarse simplemente con dos transistores NPN (o PNP) separados y también está disponible en una variedad de paquetes individuales.

Desventajas

Un inconveniente es una duplicación aproximada del voltaje base-emisor. Dado que hay dos uniones entre la base y el emisor del transistor Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es la suma de ambos voltajes base-emisor:

${\displaystyle V_{BE}=V_{BE1}+V_{BE2}\approx 2V_{BE1}\!}$

Para la tecnología basada en silicio, donde cada VBEi _es de aproximadamente 0,65 V cuando el dispositivo está funcionando en la región activa o saturada, el voltaje base-emisor necesario del par es 1,3 V.

Otro inconveniente del par Darlington es su mayor voltaje de "saturación". No se permite que el transistor de salida se sature (es decir, su unión base-colector debe permanecer polarizada en inversa) porque el primer transistor, cuando está saturado, establece una retroalimentación negativa paralela completa (100%) entre el colector y la base del segundo transistor. ^[3] Dado que el voltaje colector-emisor es igual a la suma de su propio voltaje base-emisor y el voltaje colector-emisor del primer transistor, ambas cantidades positivas en funcionamiento normal, siempre excede el voltaje base-emisor. (En símbolos, siempre.) Por lo tanto, el voltaje de "saturación" de un transistor Darlington es un V _BE (aproximadamente 0,65 V en silicio) más alto que el voltaje de saturación de un solo transistor, que normalmente es de 0,1 a 0,2 V en silicio. Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia disipada del transistor Darlington respecto de un solo transistor. El aumento del nivel de salida bajo puede causar problemas cuando se activan los circuitos lógicos TTL. ${\displaystyle \mathrm {V_{CE2}=V_{CE1}+V_{BE2}>V_{BE2}} \Rightarrow \mathrm {V_{C2}>V_{B2}} }$

Otro problema es una reducción en la velocidad de conmutación o respuesta, porque el primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de base del segundo, lo que hace que el dispositivo se apague lentamente. Para aliviar esto, el segundo transistor suele tener una resistencia de unos pocos cientos de ohmios conectada entre su base y sus terminales emisores. ^[1] Esta resistencia proporciona una ruta de descarga de baja impedancia para la carga acumulada en la unión base-emisor, lo que permite un apagado más rápido del transistor.

El par Darlington tiene más desplazamiento de fase a altas frecuencias que un solo transistor y, por lo tanto, puede volverse inestable más fácilmente con retroalimentación negativa (es decir, los sistemas que utilizan esta configuración pueden tener un rendimiento deficiente debido al retardo adicional del transistor).

embalaje

Los pares Darlington están disponibles como paquetes integrados o pueden estar hechos de dos transistores discretos; Q ₁ , el transistor del lado izquierdo del diagrama, puede ser del tipo de baja potencia, pero normalmente Q ₂ (a la derecha) necesitará ser de alta potencia. La corriente máxima de colector I _C (max) del par es la de Q ₂ . Un dispositivo de alimentación integrado típico es el 2N6282, que incluye una resistencia de apagado y tiene una ganancia de corriente de 2400 en IC ₌ 10 A.

Los dispositivos integrados pueden ocupar menos espacio que dos transistores individuales porque pueden utilizar un colector compartido . Los pares Darlington integrados vienen empaquetados individualmente en paquetes similares a transistores o como una serie de dispositivos (generalmente ocho) en un circuito integrado .

triplete de Darlington

Se puede agregar un tercer transistor a un par Darlington para obtener una ganancia de corriente aún mayor, formando un triplete Darlington. El emisor del segundo transistor del par está conectado a la base del tercero, así como el emisor del primer transistor está conectado a la base del segundo y los colectores de los tres transistores están conectados entre sí. Esto da una ganancia de corriente aproximadamente igual al producto de las ganancias de los tres transistores. Sin embargo, el aumento de la ganancia de corriente a menudo no justifica los problemas de sensibilidad y corriente de saturación, por lo que este circuito rara vez se utiliza.

Aplicaciones

Los pares Darlington se utilizan a menudo en las etapas de salida push-pull de los amplificadores de audio de potencia que impulsan la mayoría de los sistemas de sonido. En un circuito push-pull completamente simétrico, dos pares Darlington están conectados como seguidores de emisor que impulsan la salida del suministro positivo y negativo: un par NPN Darlington conectado al riel positivo que proporciona corriente para las excursiones positivas de la salida, y un par PNP Darlington conectado al riel negativo que proporciona corriente para excursiones negativas.

Antes de que estuvieran disponibles los transistores de potencia PNP de buena calidad, se usaba el circuito push-pull casi simétrico , en el que solo los dos transistores conectados al riel de suministro positivo eran un par NPN Darlington, y el par del riel negativo eran dos transistores NPN más. conectados como amplificadores de emisor común.

Seguridad

Un par Darlington puede ser lo suficientemente sensible como para responder a la corriente que pasa por contacto con la piel incluso en voltajes de zona segura. De este modo puede formar una nueva etapa de entrada de un interruptor táctil.

Amplificación

Los transistores Darlington se pueden utilizar en circuitos de alta corriente como el regulador de voltaje LM1084. ^[4] Otras aplicaciones de alta corriente podrían incluir aquellas que involucran el control por computadora de motores o relés, donde la corriente se amplifica desde un nivel bajo seguro de la línea de salida de la computadora hasta la cantidad que necesita el dispositivo conectado.

Ver también

• Transistor Bipolar de Puerta Aislada
• ULN2003A
• Par Sziklai , a veces llamado "Darlington complementario", una configuración similar pero con transistores de tipo opuesto (un NPN y un PNP)
• Lógica de inyección integrada (I2L)

Referencias

1. Horowitz, Paul; Colina de Winfield (1989). El arte de la electrónica . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 0-521-37095-7.
2. Boylestad, Robert L.; Nashelsky, Luis (2013). Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos (11 ed.). Pearson Education, Inc. págs. 305–314. ISBN 978-0-13-262226-4.
3. De manera similar, un seguidor de emisor nunca se satura debido a la retroalimentación negativa de la serie del 100%. Otro ejemplo es un "diodo activo" formado por un transistor con base y colector unidos (por ejemplo, la parte de ajuste de corriente de un espejo de corriente ).
4. "Hoja de datos de LM1084" (PDF) . Instrumentos Texas . Consultado el 22 de noviembre de 2020 .

enlaces externos

• Medios relacionados con los transistores Darlington en Wikimedia Commons
• Patente estadounidense 2.663.806 "Dispositivo de traducción de señales semiconductoras" (transistor Darlington)
• Un circuito de control de velocidad del motor de par Darlington
• ECE 327: Procedimientos para el laboratorio de filtrado de salida: Sección 4 ("Amplificador de potencia") analiza en detalle los pares Darlington en el diseño de un controlador de corriente de clase AB basado en BJT.