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达灵顿晶体管(达灵顿对)

2019年5月16日
通过管理员

在本教程中，我们将学习达林顿晶体管或达林顿对。我们将看到达林顿对的用途，几个例子电路，一些常见的应用和优点和缺点。

大纲

介绍达灵顿晶体管

达林顿晶体管或简单的达林顿对主要用于提供非常高的电流增益，即使在低基电流。达林顿构形是西德尼·达林顿于1953年发明的。

在今天的市场上，有各种各样的达林顿晶体管，它们根据极性、集电极电流、功耗、封装类型、最大CE电压等不同而不同。

这些晶体管被发现在不同类型的应用，如功率调节器，电机控制器，音频放大器等。许多光隔离电路采用达林顿晶体管，在输出阶段具有大的电流容量。让我们简单地看看这种晶体管的应用。

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为什么我们使用达灵顿晶体管?

我们知道，当基极作为输入端，发射极作为公共端，集电极作为输出端时，要驱动晶体管进入传导模式，就需要一个小的基极电流。

但是，当我们考虑集电极终端的负载时，这个小的基极电流可能不足以驱动晶体管传导。晶体管的电流增益或贝塔是集电极电流与基极电流的比值。

晶体管增益或电流增益(β) =负载或集电极电流/输入或基电流

负载电流=电流增益(β) ×基电流

对于一个普通晶体管β值是100。

上面的关系告诉我们，驱动负载的电流是晶体管输入电流的100倍。

考虑下面的图，NPN晶体管被用来开关灯与可变电阻连接在源和基极终端。这里，在这个电路中，基电流是决定流过集电极和发射器的电流的唯一因素，所以通过改变可变电阻的电阻，光会从暗变亮。

如果可变电阻的电阻值更大，基极电流就会减小，因此晶体管就会关闭。当电阻过小时，有足够的电流流过基座，从而产生非常大的电流流过灯，所以灯变得更亮。这是晶体管中的电流放大。

在上面的例子中，我们看到了使用单晶体管驱动负载(灯)。但在某些应用中，来自源端的输入基电流可能不足以驱动负载。我们知道晶体管中的负载电流是晶体管的输入电流和增益的乘积。

由于电源的原因，基电流的增加是不可能的，增加负载电流能力的唯一方法是增加晶体管的增益。但每个晶体管都是固定的。然而，我们可以通过结合使用两个晶体管来增加增益。这种结构称为达灵顿晶体管结构。

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达灵顿晶体管或达灵顿Pair

达林顿晶体管是两个晶体管的背靠背连接，作为一个完整的封装，有三个引线基极、发射极和集电极，相当于单个晶体管。与上面提到的单一标准晶体管相比，双极晶体管提供了一个非常高的电流增益。

这些晶体管的一对可以是PNP或NPN，这取决于所使用的应用。下图显示了NPN和PNP晶体管的达林顿对配置。

考虑达灵顿晶体管的NPN配置。在这种情况下，一个非常小的基极电流导致一个大的发射极电流流动，然后应用到下一个晶体管的基极。

在第一晶体管中被放大的电流被第二晶体管的电流增益再次放大。因此，第二晶体管的发射极电流非常大，足以驱动高负载。

假设第一个晶体管的电流增益是β1，下一个晶体管的电流增益是β2，那么晶体管的总电流增益将是β1和β2的乘积。对于一个标准晶体管β是100。所以总的电流增益是10000。这个值与单个晶体管相比非常高，所以这种高电流增益提供了高负载电流。

通常，要打开晶体管，基极输入电压必须大于0.7V。由于在这种配置中使用了两个晶体管，因此基极电压必须大于1.4V。

图中为第一个晶体管的电流增益

β₁=我_C1/我_B1,

所以我_C1=β₁我_B1

同样，下一个晶体管的电流增益，

β₂=我_C2/我_B2,然后我_C2=β₂我_B2

集电极处的总电流是I_C=我_C1+我_C2

我_C=β₁我_B1+β₂我_B2

但是第二个晶体管的基极电流，

我_B2=我_B+我_C1

我_B2=β₁我_B+我_B

我_B2=我_B(1 +β₁）

代入上式，

我_C=β₁我_B+β₂我_B(1 +β₁）

我_C=我_B(β₁+β₂+β₁β₂）

在上述关系中，忽略个体收益，总方程近似为

我_C=我_B(β₁β₂）

这是总收益，

β=(β₁β₂）

也V_是= V_BE1+ V_BE2。

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达林顿晶体管电路的例子

考虑以下电路，达林顿对被用来切换额定在12V和80W的负载。第一和第二晶体管的电流增益分别为50和60。因此，使灯完全点亮所需的基极电流计算如下。

集电极电流等于负载电流，

我_C= 80/12 = 6.67 a

达林顿晶体管的输出电流为Ic = I_B(β₁+β₂+β₁β₂)，

我_B=我_C/(β₁+β₂+β₁β₂）

目前的收益,β₁= 50和β₂= 60

所以,我_B= 6.67 / (50 + 60 + (60 × 50))

我_B马= 2.2

从上面的计算可以清楚地看出，用小的基极电流我们可以切换较大的灯负载。这个小的基础输入电压可以应用于任何微控制器输出或任何数字逻辑电路。

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达灵顿晶体管的应用

达林顿晶体管主要用于开关和放大应用，以提供非常高的直流电流增益。一些关键的应用是高低侧开关，传感器放大器和音频放大器。在光敏应用中，使用光达灵顿。让我们看看达林顿晶体管在一个特定应用中的操作。

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NPN达灵顿晶体管开关

下图显示了使用达林顿晶体管驱动LED。基座终端的开关也可以用触摸传感器替换，这样触摸感应LED就会打开。100k欧姆电阻作为一对晶体管的保护电阻。

当开关关闭时，在达林顿晶体管上施加一个大于1.4V的指定电压。这使得达林顿对变得活跃，并驱动电流通过负载。这导致LED发光非常明亮，即使在底部的电阻变化。
当开关打开时，两个双极晶体管都处于截止模式，通过负载的电流为零。所以LED变成OFF。
也可以使用达林顿对驱动电感负载，如继电器、马达。与单晶体管相比，用达林顿对驱动电感负载更有效，因为它提供了高负载电流和小基输入电流。
下图显示了驱动继电器线圈的一对达林顿对。正如我们所知道的，对于感应负载，一个平行的自由轮二极管是必要的，以保护电路免受感应电流。类似于上面的LED电路操作，当基极电流被施加时，继电器线圈通电。我们也可以用直流电动机来代替继电器线圈作为感应负载。

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PNP达林顿晶体管开关

我们可以使用PNP晶体管作为达林顿对，但最常用的是NPN晶体管。使用NPN或PNP的电路没有太大的区别。下图显示了一个简单的传感器电路，它通过达林顿对的功能发出警报。
该电路是一个简单的水位指示器，其中达林顿对被用作开关。我们知道这种晶体管结构提供了一个大的集电极电流，因此它能够驱动输出端的蜂鸣器。
当水位不足以关闭传感器时，达林顿晶体管处于OFF状态。因此，电路变成开路，没有电流流过它。
随着水位的增加，传感器变得活跃，并给达林顿对一个必要的基电流。因此，电路变短，负载电流流动，使蜂鸣器发出警报或声音。