En este tutorial, aprenderá sobre los transistores Darlington o Darlington Pairs. Echemos un vistazo a los usos de los pares de Darlington, algunos circuitos de ejemplo, algunas aplicaciones comunes y sus ventajas y desventajas.
Tabla de contenido
Acerca de los transistores Darlington
Los transistores Darlington, o simplemente pares Darlington, se utilizan principalmente para proporcionar ganancias de corriente muy altas, incluso a corrientes de base bajas. La composición de Darlington fue inventada por Sidney Darlington en 1953.
En el mercado actual, hay disponible una amplia variedad de transistores Darlington, según la polaridad, la corriente del colector, la disipación de energía, el tipo de paquete, el voltaje CE máximo y más.
[adsense1]
Estos transistores se pueden encontrar en muchos tipos de aplicaciones, como reguladores de potencia, controladores de motores, amplificadores de audio y más. Muchos circuitos optoaisladores están hechos de transistores Darlington para tener una alta capacidad de corriente en la etapa de salida. Echemos un vistazo rápido a este transistor junto con su aplicación.
¿Por qué usar transistores Darlington?
Sabemos que para accionar un transistor en modo conducido, se requiere una pequeña corriente básica cuando la base está conectada como entrada, el emisor es común y el colector está conectado como salida.
Sin embargo, dada la carga en los terminales del colector, esta pequeña corriente básica puede no ser suficiente para impulsar el transistor en conducción. La ganancia de corriente o beta de un transistor es la relación entre la corriente del colector y la corriente base.
Ganancia del transistor o ganancia de corriente (β) = Corriente de carga o colector/entrada o corriente base
Corriente de carga = ganancia de corriente (β) × corriente base
Para los transistores normales, el valor β es 100.
La relación anterior nos dice que la corriente disponible para impulsar la carga es 100 veces la corriente de entrada del transistor.
Considere la siguiente ilustración del uso de un transistor NPN para cambiar una lámpara a un reóstato conectado entre los terminales de fuente y base. Aquí, en este circuito, la corriente base es el único factor que determina el flujo de corriente a través del colector y el emisor, por lo que cambia la resistencia del reóstato para que la luz brille de tenue a muy brillante.
Si el valor de resistencia del reóstato es grande, la corriente base disminuye, lo que hace que el transistor se apague. Si la resistencia es demasiado pequeña, una cantidad suficiente de corriente fluirá a través de la base, lo que hará que fluya una corriente muy grande a través de la lámpara, lo que hará que la lámpara sea más brillante. Esta es la amplificación de la corriente en el transistor.
En el ejemplo anterior, vimos que se utiliza un solo transistor para impulsar una carga (lámpara). Sin embargo, en algunas aplicaciones, la corriente base de entrada en la fuente puede no ser suficiente para impulsar la carga. Sabemos que la corriente de carga de un transistor es el producto de la corriente de entrada y la ganancia del transistor.
[adsense2]
Dado que el aumento de la corriente base no es posible debido a la fuente de alimentación, la única forma de aumentar la capacidad de corriente de carga es aumentar la ganancia del transistor. Sin embargo, también es fijo para cada transistor. Sin embargo, se puede utilizar una combinación de ambos transistores para aumentar la ganancia. Esta configuración se denomina configuración de transistores de Darlington.
Transistores Darlington o pares Darlington
Un transistor Darlington es una conexión espalda con espalda de dos transistores que viene en un paquete completo con tres bases de plomo, emisores y colectores idénticos a un solo transistor. Un par de transistores bipolares proporciona una ganancia de corriente muy alta en comparación con el único transistor estándar mencionado anteriormente.
Estos pares de transistores pueden ser PNP o NPN, dependiendo de la aplicación utilizada. La siguiente figura muestra una configuración de par Darlington utilizando transistores NPN y PNP.
Considere la configuración NPN de los transistores Darlington. En este punto, una corriente de base muy pequeña hace que fluya una corriente de emisor grande, que se aplica a la base del siguiente transistor.
La corriente amplificada del primer transistor se amplifica de nuevo por la ganancia de corriente del segundo transistor. Por lo tanto, la corriente del emisor en el segundo transistor es muy grande, lo suficientemente alta como para impulsar cargas altas.
Supongamos que la ganancia de corriente del primer transistor es β1 y la ganancia de corriente del siguiente transistor es β2, entonces la ganancia de corriente total del transistor será el producto de β1 y β2. Para los transistores estándar, el β es 100. Por lo tanto, la ganancia de corriente total es 10000. Dado que este valor es muy alto en comparación con un solo transistor, esta alta ganancia de corriente proporciona una alta corriente de carga.
En general, para encender un transistor, el voltaje de entrada base debe ser superior a 0,7 V. Dado que se utilizan dos transistores en esta configuración, el voltaje base debe ser superior a 1,4 V.
A partir de la figura, la ganancia de corriente del primer transistor
β1= IC1/Soy yoB1F,
Por lo tanto,C1 = β1 Soy yoB1F
Del mismo modo, la ganancia de corriente del siguiente transistor,
β2= IC2/Soy yoB2F, En ese momento, yoC2 = β2 Soy yoSótano 2ª Planta
La corriente total del colector es I.C= IC1+IC2
Soy yoC = β1 Soy yoB1F + β2 Soy yoSótano 2ª Planta
Sin embargo, la corriente básica del segundo transistor,
Soy yoSótano 2ª Planta = IB + YoC1
Soy yoSótano 2ª Planta = β1 Soy yoB + YoB
Soy yoSótano 2ª Planta = IB (1 + β1)
Sustituya la ecuación anterior,
Soy yoC = β1 Soy yoB + β2Soy yoB (1 + β1)
Soy yoC = IB (β1 + β2 + β1 β2)
En la relación anterior, se ignora la ganancia individual y toda la ecuación se aproxima de la siguiente manera:
Soy yoC= IB (β1 β2)
Esa es la ganancia total.
β = (β1 β2)
Además VSer = VAE1 + VBE2.
Ejemplo de un circuito de transistores Darlington
Considere el siguiente circuito en el que se utiliza un par Darlington para conmutar cargas nominales de 12 V y 80 W. La ganancia de corriente del primer y segundo transistor se da en 50 y 60, respectivamente. Por lo tanto, la corriente básica requerida para encender completamente la lámpara se calcula de la siguiente manera:
La corriente del colector es igual a la corriente de carga,
Soy yoC = 80/12 = 6,67 amperios
La corriente de salida del transistor Darlington se da como Ic = I.B (β1 + β2 + β1 β2),
Soy yoB= IC / (β1 + β2 + β1 β2)
Ganancia actual, β1 = 50 y β2 = 60
Por lo tanto, estoyB= 6,67 / (50 + 60 + (60 × 50))
Soy yoB = 2,2 mA
De los cálculos anteriores se desprende que es posible conmutar una carga de lámpara mayor con una corriente de base pequeña. Este pequeño voltaje de entrada base se puede aplicar a cualquier salida de microcontrolador o circuito lógico digital.
Aplicaciones de los transistores Darlington
Los transistores Darlington se utilizan principalmente para aplicaciones de conmutación y amplificación para proporcionar ganancias de corriente continua muy altas. Algunas de las aplicaciones clave son los interruptores de lado alto y bajo, los amplificadores de sensores y los amplificadores de audio. Para aplicaciones sensibles a la luz, se utiliza photodarlington. Echemos un vistazo al funcionamiento de los transistores Darlington para aplicaciones específicas.
Transistores NPN Darlington (interruptores)
La siguiente figura muestra el uso de transistores Darlington para controlar los LED. También puede reemplazar el interruptor en el terminal base con un sensor táctil para encender el LED sensible al tacto. La resistencia de 100k ohmios actúa como una resistencia protectora para el par de transistores.
- Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje especificado superior a 1,4 V se aplica al transistor Darlington. Esto hace que el par Darlington se active y la corriente sea impulsada a través de la carga. Como resultado, los LED brillan muy intensamente incluso cuando cambia la resistencia de la base.
- Cuando se abre el interruptor, ambos transistores bipolares están en modo de corte y la corriente que pasa a través de la carga es cero. Por lo tanto, el LED se apagará.
- También es posible utilizar pares Darlington para accionar cargas inductivas como relés y motores. En comparación con los transistores individuales, la conducción de una carga inductiva con un par Darlington es más eficaz porque proporciona una corriente de carga alta con una pequeña corriente de entrada base.
- La siguiente figura muestra un par de Darlington conduciendo una bobina de relé. Sabemos que para cargas inductivas, se necesitan diodos de rueda libre paralelos para proteger el circuito de las corrientes inducidas. De manera similar a la operación del circuito LED anterior, la bobina del relé se energiza cuando se aplica una corriente básica. En lugar de una bobina de relé, también se puede utilizar un motor de CC como carga inductiva.
Transistores PNP Darlington (interruptores)
- Los transistores PNP se pueden usar en pares darlington, pero los transistores NPN son los más utilizados. No hay mucha diferencia entre los circuitos que usan NPN y PNP. La siguiente figura muestra un circuito de sensor simple que proporciona alarma en función del par Darlington.
- Este circuito es un simple indicador de nivel de agua en el que se utiliza un par Darlington como interruptor. Sabemos que esta configuración de transistor proporciona una gran corriente colectora, de modo que el zumbador puede ser impulsado desde la salida.
- Si el nivel del agua no es suficiente para cerrar el sensor, el transistor Darlington estará en estado APAGADO. Por lo tanto, el circuito se abre y no fluye corriente.
- A medida que aumenta el nivel del agua, el sensor se activa y proporciona la corriente básica necesaria para el par Darlington. Por lo tanto, el circuito se cortocircuita y la corriente de carga fluye, lo que hace que el zumbador emita una alarma o suene bien.
Transistor Darlington como amplificador
En el caso de los amplificadores de potencia o tensión, la resistencia a la carga de la salida es muy baja, lo que significa que tienen un alto caudal de corriente. Esta corriente fluye a través de los terminales colectores del transistor si el transistor se utiliza para la amplificación. Para ser adecuado para un amplificador de potencia, el transistor debe impulsar una corriente de carga alta.
Es posible que este requisito no sea posible con un solo transistor alimentado por una pequeña corriente básica. Para cumplir con los requisitos de corriente de alta carga, se utilizan pares Darlington, que proporcionan altas ganancias de corriente.
La figura anterior muestra un circuito amplificador de Clase A que utiliza una configuración de transistor Darlington para tener una corriente de colector alta. El transistor Darlington proporciona una ganancia igual al producto de dos ganancias separadas.
Por lo tanto, si la corriente base es pequeña, la corriente de salida de los terminales del colector es muy alta. Por lo tanto, con una disposición de transistores Darlington, este amplificador proporciona suficiente corriente de amplificación para la carga.
Ventajas del par Darlington
Los pares Darlington tienen varias ventajas sobre los monotransistores estándar. Algunos de ellos
- Produce una ganancia de corriente muy alta que los transistores individuales estándar
- Proporciona una buena conversión de impedancia que le permite cambiar una impedancia de entrada muy alta o una entrada o fuente de alta impedancia. Cargas de baja impedancia.
- Estos pueden estar hechos de dos transistores separados o vienen con un solo paquete.
- Se utiliza una pequeña cantidad de componentes, lo que hace que la construcción del circuito sea fácil y conveniente.
- En el caso de los pares foto-Darlington, hay muy poco ruido en comparación con los fototransistores con amplificadores externos.
Desventajas de los transistores Darlington
- Velocidad de conmutación lenta
- El ancho de banda es limitado.
- A ciertas frecuencias en el circuito de retroalimentación negativa, esta configuración introduce un cambio de fase.
- El voltaje base-emisor requerido es alto y es dos veces más alto que un solo transistor estándar.
- Alta pérdida de potencia debido a la alta tensión de saturación.
- Debido a que la corriente de fuga del primer transistor es amplificada por el siguiente transistor, la corriente de fuga general es alta. Por eso es imposible tener más de tres etapas en Darlington.
Por lo tanto, la pareja de Darlington es Debido a que proporciona una alta ganancia de corriente a baja corriente base, es muy útil en la mayoría de las aplicaciones. Aunque existen algunas limitaciones, este par se utiliza ampliamente en aplicaciones que no requieren una respuesta de alta frecuencia y requieren niveles de corriente de alta ganancia.
Para circuitos amplificadores de potencia de audio, esta configuración proporcionará una mejor salida. Esperamos que este artículo te haya proporcionado información de calidad sobre este tema. Si encuentra este contenido útil e informativo, no dude en escribir un comentario en la sección de comentarios a continuación.
Anterior – FET como interruptor
Pasando a la primera – Introducción a los transistores