Was ist ein Darlington-Transistor?
Ein Darlington-Transistor ist ein Paar von Bipolartransistoren, die verbunden sind, um eine sehr hohe Stromverstärkung aus einem Strom mit niedriger Basis bereitzustellen. Der Emitter des Eingangstransistors ist immer mit der Basis des Ausgangstransistors verdrahtet; Ihre Sammler sind zusammengebunden. Infolgedessen wird der durch den Eingangstransistor verstärkte Strom durch den Ausgangstransistor weiter verstärkt. Ein Darlington wird oft verwendet, wenn eine hohe Verstärkung bei einer niedrigen Frequenz benötigt wird. Zu den gängigen Anwendungen gehören Audioverstärker-Ausgangsstufen, Leistungsregler, Motorsteuerungen und Anzeigetreiber.
Der Darlington-Transistor, auch als Darlington-Paar bekannt, wurde 1953 von Sidney Darlington in den Bell Laboratories erfunden. In den 1950er und 1960er Jahren wurde es auch als Super-Alpha-Paar bezeichnet. Darlington erkannte die vielen Vorteile dieses Entwurfs für Emitterfolger-Schaltungen und patentierte das Konzept.
Der Darlington-Transistor weist normalerweise eine geringe Leistung und eine hohe Verstärkung auf und kann daher sehr empfindlich auf kleine Änderungen des Eingangsstroms reagieren. Darlingtons werden aus diesem Grund häufig in Berührungs- und Lichtsensoren eingesetzt. Photodarlingtons wurden speziell für lichtempfindliche Schaltkreise entwickelt.
Die Ausgangsseite ist oft leistungsstärker und hat eine geringere Verstärkung. Mit einem Hochleistungstransistor können Motoren, Wechselrichter und andere Hochstromgeräte gesteuert werden. Designs mit mittlerer Leistung werden häufig mit integrierter Schaltkreislogik (IC) verwendet, um Solenoide, Leuchtdiodenanzeigen (LED) und andere kleine Lasten anzusteuern.
Das Darlington-Transistordesign bietet mehrere Vorteile gegenüber der Verwendung von Standard-Einzeltransistoren. Die Verstärkung jedes Transistors in dem Paar wird miteinander multipliziert, was eine ziemlich hohe Gesamtstromverstärkung ergibt. Der maximale Kollektorstrom des Ausgangstransistors bestimmt den des Paares - er kann 100 Ampere oder mehr betragen. Es wird weniger physischer Platz benötigt, da die Transistoren häufig in einem Gerät zusammengefasst sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Gesamtschaltung eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben kann.
Der Transistor folgt im Allgemeinen den gleichen Entwurfsregeln wie ein einzelner Transistor, mit einigen Einschränkungen. Das Einschalten erfordert eine höhere Basis-Emitter-Spannung, die typischerweise doppelt so hoch ist wie die eines einzelnen Transistors. Seine Ausschaltzeit ist viel länger, da der Basisstrom des Ausgangstransistors nicht aktiv abgeschaltet werden kann. Diese Verzögerung kann verringert werden, indem ein Entladewiderstand zwischen Basis und Emitter des Ausgangstransistors geschaltet wird. Darlingtons eignen sich aufgrund dieser Verzögerungszeit jedoch nicht für Hochfrequenzanwendungen.
Die Sättigungsspannung eines Darlington-Transistors ist ebenfalls höher, häufig 0,7 V Gleichstrom für Silizium anstelle von etwa 0,2 V Gleichstrom. Dies führt manchmal zu einer höheren Verlustleistung, da der Ausgangstransistor nicht gesättigt werden kann. Bei höheren Frequenzen ist auch eine größere Phasenverschiebung möglich, die bei Gegenkopplung zu Instabilität führen kann.
Ein Darlington-Transistorschema zeigt häufig das Paar von Transistorelementen, die innerhalb eines einzelnen großen Kreises miteinander verdrahtet sind. Ein komplementärer Darlington- oder Sziklai-Transistor verwendet zusammen entgegengesetzte Transistortypen. Wenn in einer Schaltung viele Paare mit geringer Leistung benötigt werden, kann ein Darlington-Transistorarray-IC verwendet werden. Treiber verwenden diese häufig, da sie normalerweise Dioden enthalten, um Spannungsspitzen beim Ausschalten der Lasten zu vermeiden. Viele Darlington-Schaltungen sind auch mit Paaren einzelner diskreter Transistoren aufgebaut, die miteinander verdrahtet sind.