Cálculos do transistor de Darlington

O transistor Darlington é uma conexão bem conhecida e popular que usa um par de transistor de junção de transistor bipolar (BJT), projetado para operar como um 'soberbo' transistor. O diagrama a seguir mostra os detalhes da conexão.

Definição

Um transistor Darlington pode ser definido como uma conexão entre dois BJTs que lhes permite formar um único BJT composto, adquirindo uma quantidade substancial de ganho de corrente, que pode ir além de mil normalmente.

A principal vantagem desta configuração é que o transistor composto se comporta como um único dispositivo com uma ganho atual equivalente ao produto dos ganhos de corrente de cada transistor.

Se a conexão de Darlington é composta por dois BJTs individuais com ganhos de corrente β₁e β_doiso ganho de corrente combinado pode ser calculado usando a fórmula:

b_D= β₁b_dois-------- (12,7)

Quando os transistores combinados são usados ​​em uma conexão Darlington, de modo que β₁= β_dois= β, a fórmula acima para o ganho atual é simplificada como:

b_D= β^dois-------- (12,8)

Transistor Darlington empacotado

Devido à sua imensa popularidade, os transistores Darlington também são fabricados e estão disponíveis prontos em um único pacote que tem dois BJTs conectados internamente como uma unidade.

A tabela a seguir fornece a folha de dados de um exemplo de par de Darlington em um único pacote.

O ganho de corrente indicado é o ganho líquido dos dois BJTs. A unidade vem com 3 terminais padrão externamente, ou seja, base, emissor, coletor.

Este tipo de transistores Darlington empacotados tem recursos externos semelhantes a um transistor normal, mas tem uma saída de ganho de corrente muito alta e aprimorada, em comparação com os transistores únicos normais.

Como polarizar DC um circuito de transistor Darlington

A figura a seguir mostra um circuito Darlington comum usando transistores com um ganho de corrente muito alto β_D.

Aqui, a corrente de base pode ser calculada usando a fórmula:

eu_B= V_DC- V_ESTAR/ R_B+ β_DR_É-------------- (12,9)

Embora isso possa parecer semelhante ao equação que normalmente é aplicada para qualquer BJT regular , o valor β_Dna equação acima será substancialmente maior, e o V_ESTARserá comparativamente maior. Isso também foi comprovado na folha de dados de amostra apresentada no parágrafo anterior.

Portanto, a corrente do emissor pode ser calculada como:

eu_É= (β_D+ 1) I_B≈ β_Deu_B-------------- (12.10)

A tensão DC será:

V_É= Eu_ÉR_É-------------- (12.11)

V_B= V_É+ V_ESTAR-------------- (12.12)

Exemplo Resolvido 1

A partir dos dados fornecidos na figura a seguir, calcule as correntes e tensões de polarização do circuito de Darlington.

Solução : Aplicando a Eq.12.9, a corrente de base é determinada como:

eu_B= 18 V - 1,6 V / 3,3 MΩ + 8000 (390Ω) ≈ 2,56 μA

Aplicando a Eq.12.10, a corrente do emissor pode ser avaliada como:

eu_É≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_C

A tensão DC do emissor pode ser calculada usando a equação 12.11, como:

V_É= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Finalmente, a tensão do coletor pode ser avaliada aplicando a Eq. 12.12 conforme indicado abaixo:

V_B= 8 V + 1,6 V = 9,6 V

Neste exemplo, a tensão de alimentação no coletor do Darlington será:
V_C= 18 V

Circuito AC Equivalente de Darlington

Na figura mostrada abaixo, podemos ver um BJT emissor-seguidor circuito conectado no modo Darlington. O terminal base do par é conectado a um sinal de entrada CA por meio do capacitor C1.

O sinal ac de saída obtido por meio do capacitor C2 está associado ao terminal emissor do dispositivo.

O resultado da simulação da configuração acima é apresentado na figura a seguir. Aqui, o transistor Darlington pode ser substituído por um circuito CA equivalente com uma resistência de entrada r _eu e uma fonte de saída de corrente representada como b _D eu _b

A impedância de entrada CA pode ser calculada conforme explicado abaixo:

Corrente de base AC passando r _eu é:

eu_b= V_eu- V_ou/ r_eu---------- (12,13)

Desde a
V_ou= (Eu_b+ β_Deu_b) R_É---------- (12,14)

Se aplicarmos a Eq 12.13 na Eq. 12.14 temos:

eu_br_eu= V_eu- V_ou= V_eu- EU_b(1 + β_D) R_É

Resolvendo o acima para V _eu:

V_eu= Eu_b[r_eu+ (1 + β_D) R_É]

V_eu/ EU_b= r_eu+ β_DR_É

Agora, examinando a base do transistor, sua impedância de entrada CA pode ser avaliada como:

COM_eu= R_B॥ r_eu+ β_DR_É---------- (12,15)

Exemplo Resolvido 2

Agora vamos resolver um exemplo prático para o projeto de seguidor de emissor equivalente CA acima:

Determine a impedância de entrada do circuito, dado r _eu = 5 kΩ

Aplicando a Eq.12.15, resolvemos a equação conforme a seguir:

COM_eu= 3,3 MΩ॥ [5 kΩ + (8000) 390 Ω)] = 1,6 MΩ

Design Prático

Aqui está um design prático de Darlington, conectando um 2N3055 transistor de potência com um pequeno transistor BC547 de sinal.

Um resistor de 100K é usado no lado da entrada do sinal para reduzir a corrente para alguns milamps.

Normalmente, com uma corrente tão baixa na base, o 2N3055 sozinho nunca pode iluminar uma carga de alta corrente, como uma lâmpada de 12 V 2 amperes. Isso ocorre porque o ganho de corrente de 2N3055 é muito baixo para processar a baixa corrente de base em alta corrente de coletor.

No entanto, assim que outro BJT que é um BC547 aqui é conectado com 2N3055 em um par Darlington, o ganho de corrente unificado salta para um valor muito alto e permite que a lâmpada brilhe com brilho total.

O ganho de corrente médio (hFE) de 2N3055 é cerca de 40, enquanto para BC547 é 400. Quando os dois são combinados como um par de Darlington, o ganho sobe substancialmente para 40 x 400 = 16000, incrível, não é. Esse é o tipo de potência que podemos obter com a configuração de um transistor Darlington, e um transistor de aparência comum poderia ser transformado em um dispositivo altamente classificado apenas com uma modificação simples.