ダーリントントランジスタとは？

ダーリントントランジスタは、低ベース電流から非常に高い電流ゲインを提供するために接続された一対のバイポーラトランジスタです。 入力トランジスタのエミッタは常に出力トランジスタのベースに配線されています。 彼らのコレクターは結びついています。 その結果、入力トランジスタで増幅された電流は、出力トランジスタでさらに増幅されます。 ダーリントンは、低周波数で高いゲインが必要な場合によく使用されます。 一般的なアプリケーションには、オーディオアンプ出力ステージ、パワーレギュレーター、モーターコントローラー、ディスプレイドライバーが含まれます。

ダーリントンペアとしても知られるダーリントントランジスタは、1953年にベル研究所のシドニーダーリントンによって発明されました。 1950年代および1960年代には、スーパーアルファペアとも呼ばれていました。 ダーリントンは、エミッターフォロワー回路に対するこの設計の多くの利点を認識し、このコンセプトの特許を取得しました。

ダーリントントランジスタの通常は低電力、高ゲインの性質により、入力電流の小さな変化に非常に敏感になります。 このため、ダーリントンはタッチセンサーや光センサーでよく使用されます。 フォトダーリントンは、光に敏感な回路専用に設計されています。

出力側は多くの場合、高出力で低ゲインです。 非常に高出力のトランジスタを使用して、モーター、電力インバーター、その他の高電流デバイスを制御できます。 中電力設計は、多くの場合、集積回路（IC）ロジックで使用され、ソレノイド、発光ダイオード（LED）ディスプレイ、およびその他の小さな負荷を駆動します。

ダーリントントランジスタの設計には、標準的な単一トランジスタの使用に比べていくつかの利点があります。 ペアの各トランジスタのゲインが乗算され、非常に高い合計電流ゲインが得られます。 出力トランジスタの最大コレクタ電流により、ペアの最大コレクタ電流が決まります。100アンペア以上になる可能性があります。 トランジスタはしばしば1つのデバイスにパッケージ化されるため、必要な物理スペースは小さくなります。 別の利点は、回路全体が非常に高い入力インピーダンスを持つことができることです。

トランジスタは、いくつかの制限がありますが、一般に単一のトランジスタと同じ設計ルールに従います。 通常、単一トランジスタの2倍の高いベースエミッタ電圧をオンにする必要があります。 出力トランジスタのベース電流を積極的に遮断できないため、ターンオフ時間ははるかに長くなります。 この遅延は、出力トランジスタのベースとエミッタの間に放電抵抗を配線することで低減できます。 ただし、この遅延時間のため、ダーリントンは高周波アプリケーションには適していません。

ダーリントントランジスタの飽和電圧も高く、シリコンでは約0.2v DCではなく0.7v DCであることがよくあります。 これにより、出力トランジスタが飽和できないため、電力消費が大きくなることがあります。 より高い周波数では、より大きな位相シフトも可能です。これは、負帰還の下で不安定になる可能性があります。

ダーリントントランジスタの回路図では、多くの場合、1つの大きな円の内側に配線されたトランジスタエレメントのペアが描かれています。 コンプリメンタリダーリントンまたはシクライトランジスタは、逆のタイプのトランジスタを一緒に使用します。 回路で多くの低電力ペアが必要な場合、ダーリントントランジスタアレイICを使用できます。 通常、ドライバーは負荷がオフになったときにスパイクを防ぐためにダイオードを含むため、これらを使用します。 また、多くのダーリントン回路は、個別の個別のトランジスタのペアが一緒に配線されて構成されています。