- Par de transistores Darlington e sua configuração:
- Cálculo do ganho de corrente do par do transistor de Darlington:
- Exemplo de transistor de Darlington:
- Aplicação Darlington Transistor:
- O que é um transistor Darlington idêntico?
- Darlington Transistor IC:
- Trocando um motor usando ULN2003 IC:
O transistor Darlington foi inventado em 1953 pelo engenheiro elétrico e inventor norte-americano Sidney Darlington.
O transistor Darlington usa dois transistores BJT (transistor de junção bipolar) padrão que são conectados juntos. Transistor Darlington conectado em uma configuração onde um dos emissores do transistor fornece corrente polarizada para a base do outro transistor.
Par de transistores Darlington e sua configuração:
Se virmos o símbolo do Transistor de Darlington, podemos ver claramente como dois transistores estão conectados. Nas imagens abaixo, dois tipos de transistor Darlington são mostrados. No lado esquerdo está NPN Darlington e no outro lado está PNP Darlington. Podemos ver que o NPN Darlington consiste em dois transistores NPN e o PNP Darlington consiste em dois transistores PNP. O emissor do primeiro transistor é conectado diretamente através da base do outro transistor, também o coletor dos dois transistores são conectados juntos. Esta configuração é usada para transistores NPN e PNP Darlington. Nesta configuração, o par ou o transistor Darlington produz um ganho muito maior e grandes capacidades de amplificação.
Um transistor BJT normal (NPN ou PNP) pode operar entre dois estados, ON e OFF. Precisamos fornecer corrente para a base que controla a corrente do coletor. Quando fornecemos corrente suficiente para a base, o BJT entra no modo de saturação e a corrente flui do coletor para o emissor. Esta corrente de coletor é diretamente proporcional à corrente de base. A relação entre a corrente de base e a corrente de coletor é chamada de ganho de corrente do transistor, que é denotado como Beta (β). No transistor BJT típico, o ganho de corrente é limitado dependendo da especificação do transistor. Mas, em alguns casos, a aplicação precisa de mais ganho de corrente que um único transistor BJT não poderia fornecer. oO par Darlington é perfeito para a aplicação em que é necessário um alto ganho de corrente.
Configuração cruzada:
No entanto, a configuração mostrada na imagem acima usa dois PNP ou dois NPN, há outra configuração Darlington ou a configuração cruzada também está disponível, onde um PNP é usado com NPN ou um NPN é usado com PNP. Esse tipo de configuração cruzada é chamado de configuração de par Sziklai Darlington ou configuração Push-Pull.
Na imagem acima, os pares de Sziklai Darlington são mostrados. Essa configuração produz menos calor e tem vantagens sobre o tempo de resposta. Discutiremos sobre isso mais tarde. É usado para amplificador classe AB ou onde as topologias Push-Pull são necessárias.
Aqui estão alguns projetos onde usamos os transistores Darlington:
- Gerando tons tocando os dedos usando o Arduino
- Circuito detector de mentira simples usando transistores
- Circuito Transmissor IR de Longo Alcance
- Robô seguidor de linha usando Arduino
Cálculo do ganho de corrente do par do transistor de Darlington:
Na imagem abaixo, podemos ver dois transistores PNP ou NPN conectados juntos.
O ganho geral atual do par de Darlington será-
Ganho de corrente (hFE) = Ganho do primeiro transistor (hFE 1) * Ganho do segundo transistor (hFE 2)
Na imagem acima, dois transistores NPN criaram uma configuração NPN Darlington. Os dois transistores NPN T1 e T2 são conectados juntos em uma ordem em que os coletores T1 e T2 são conectados. O primeiro transistor T1 fornece a corrente de base necessária (IB2) para a base do segundo transistor T2. Portanto, a corrente base IB1, que está controlando o T1, está controlando o fluxo de corrente na base de T2.
Assim, o ganho de corrente total (β) é alcançado, quando a corrente do coletor é
β * IB como hFE = fFE 1 * hFE 2
Como dois coletores de transistores estão conectados juntos, corrente total do coletor (IC) = IC1 + IC2
Agora, como discutido acima, obtemos a corrente de coletor β * IB 1
Nesta situação, o ganho atual é unitário ou maior que um.
Vamos ver como o ganho de corrente é a multiplicação do ganho de corrente dos dois transistores.
IB2 é controlado pela corrente do emissor de T1, que é IE1. IE1 está conectado diretamente em T2. Portanto, IB2 e IE1 são iguais.
IB2 = IE1.
Podemos mudar esse relacionamento ainda mais com
IC 1 + IB 1
Alterando o IC1 como fizemos anteriormente, obtemos
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1 (β 1 + 1)
Agora, como antes, vimos 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 }
Portanto, o IC da corrente total do coletor é um ganho combinacional do ganho de transistores individuais.
Exemplo de transistor de Darlington:
Um 60W carga com 15V necessidades de tensão de entrada a serem comutados através de dois transistores NPN, criando um par Darlington. O primeiro ganho do transistor será 30 e o segundo ganho do transistor será 95. Vamos calcular a corrente de base para comutar a carga.
Como sabemos, quando a carga for ligada, a corrente do coletor será a corrente da carga. De acordo com a lei de potência, a corrente de coletor (IC) ou a corrente de carga (IL) será
I L = I C = Potência / Tensão = 60/15 = 4 Amps
Como o ganho de corrente base para o primeiro transistor será 30 e para o segundo transistor será 95 (β1 = 30 e β2 = 95), podemos calcular a corrente base com a seguinte equação -
Portanto, se aplicarmos 1,3 mA de corrente na primeira base do transistor, a carga será “ ON ” e se aplicarmos corrente de 0 mA ou aterrarmos a base a carga será “ OFF ”.
Aplicação Darlington Transistor:
A aplicação do transistor Darlington é a mesma do Transistor BJT normal.
Na imagem acima, o transistor NPN Darlington é usado para comutar a carga. A carga pode ser qualquer uma de carga indutiva ou resistiva. O resistor de base R1 está fornecendo a corrente de base para o transistor NPN Darlington. O resistor R2 é para limitar a corrente para a carga. É aplicável para cargas específicas que precisam de limitação de corrente em operação estável. Como o exemplo sugere que a corrente base necessária é muito baixa, ela pode ser trocada facilmente por unidades de microcontrolador ou lógica digital. Mas quando o par de Darlington está em uma região saturada ou totalmente funcionando, há queda de tensão na base e no emissor. É a principal desvantagem para um par de Darlington. As quedas de tensão variam de 0,3 V a 1,2 V. Devido a essa queda de tensão, o transistor Darlington fica mais quente quando está totalmente ligado e fornecendo corrente para a carga. Além disso, devido à configuração do segundo resistor é ativado pelo primeiro resistor, o Transistor Darlington produz um tempo de resposta mais lento. Nesse caso, a configuração do Sziklai oferece vantagem sobre o tempo de resposta e o desempenho térmico.
Um transistor NPN Darlington popular é o BC517.
De acordo com a folha de dados do BC517, o gráfico acima fornece o ganho de corrente DC do BC517. Três curvas de baixo para cima, respectivamente, fornecem informações sobre a temperatura ambiente. Se virmos a curva de temperatura ambiente de 25 graus, o ganho de corrente DC é máximo quando a corrente do coletor está em torno de 150mA.
O que é um transistor Darlington idêntico?
O transistor Darlington idêntico tem dois pares idênticos com exatamente a mesma especificação com o mesmo ganho de corrente para cada um. Isso significa que o ganho de corrente do primeiro transistor β1 é o mesmo que o ganho de corrente do segundo transistor β2.
Usando a fórmula da corrente do coletor, o ganho atual do transistor idêntico será-
IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + (β2 * β1) + β 1} * IB} β 2 = IB / IC
O ganho atual será muito maior. Exemplos de pares NPN Darlington são TIP120, TIP121, TIP122, BC517 e exemplos de pares PNP Darlington são BC516, BC878 e TIP125.
Darlington Transistor IC:
O par Darlington permite que os usuários conduzam mais aplicações de energia por poucos miliamperes de fonte de corrente de microcontrolador ou fontes de baixa corrente.
ULN2003 é um chip amplamente utilizado em eletrônica que fornece matrizes Darlington de alta corrente com sete saídas de coletor aberto. A família ULN consiste em ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A, três variantes diferentes em várias opções de pacote. O ULN2003 é uma variante amplamente utilizada na série ULN. Este dispositivo inclui diodos de supressão dentro do circuito integrado, que é um recurso adicional para conduzir a carga indutiva usando este.
Esta é a estrutura interna do IC ULN2003. É um pacote de mergulho de 16 pinos. Como podemos ver, os pinos de entrada e saída são exatamente opostos, por isso é mais fácil conectar o IC e tornar o design do PCB mais simplista.
Existem sete pinos coletores abertos disponíveis. Um pino adicional também está disponível, o que é útil para aplicações relacionadas à carga indutiva, podem ser motores, solenóides, relés, que precisam de diodos de giro livre, podemos fazer a conexão usando esse pino.
Os pinos de entrada são compatíveis para uso com TTL ou CMOS, por outro lado os pinos de saída são capazes de absorver altas correntes. De acordo com a folha de dados, os pares Darlington são capazes de absorver 500mA de corrente e podem tolerar 600mA de corrente de pico.
Na imagem superior, a conexão real da matriz de Darlington é mostrada para cada driver. É usado em sete drivers, cada driver consiste neste circuito.
Quando os pinos de entrada do ULN2003, do pino 1 ao pino 7, são fornecidos com alto, a saída será baixa e irá dissipar a corrente através dela. E quando fornecemos Low no pino de entrada, a saída estará no estado de alta impedância e não irá absorver a corrente. O pino 9 é usado para diodo de roda livre; deve estar sempre conectado ao VCC, ao comutar qualquer carga indutiva usando a série ULN. Também podemos conduzir mais aplicações de corrente paralelamente às entradas e saídas de dois pares, como podemos conectar o pino 1 com o pino 2 e, por outro lado, podemos conectar os pinos 16 e 15 e dois pares Darlington em paralelo para conduzir cargas de corrente mais altas.
ULN2003 também é usado para acionar motores de passo com microcontroladores.
Trocando um motor usando ULN2003 IC:
Neste vídeo, o motor está conectado através de um pino de saída de coletor aberto, por outro lado, a entrada, estamos fornecendo aproximadamente 500nA (0,5mA) de corrente e controlando 380mA de corrente através do motor. É assim que uma pequena quantidade de corrente de base pode controlar uma corrente de coletor muito mais alta no Transistor de Darlington.
Além disso, conforme o motor é usado, o pino 9 é conectado ao VCC para fornecer proteção de giro livre.
O resistor está fornecendo pull up baixo, tornando a entrada LOW quando nenhum fluxo de corrente está vindo da fonte, o que torna a saída de alta impedância parando o motor. O inverso acontecerá quando uma corrente adicional for aplicada ao pino de entrada.