Calculs du transistor Darlington

Le transistor Darlington est une connexion bien connue et populaire utilisant une paire de transistor bipolaire à transistor à jonction (BJT), conçu pour fonctionner comme un unifié 'superbe' transistor. Le schéma suivant montre les détails de la connexion.

Définition

Un transistor Darlington peut être défini comme une connexion entre deux BJT qui leur permet de former un seul BJT composite acquérant une quantité substantielle de gain de courant, qui peut aller au-delà de mille typiquement.

Le principal avantage de cette configuration est que le transistor composite se comporte comme un seul appareil ayant une gain de courant équivalent au produit des gains de courant de chaque transistor.

Si la connexion Darlington comprend deux BJT individuels avec des gains de courant β₁et β_deuxle gain de courant combiné peut être calculé à l'aide de la formule:

b_ré= β₁b_deux-------- (12,7)

Lorsque des transistors adaptés sont utilisés dans une connexion Darlington de telle sorte que β₁= β_deux= β, la formule ci-dessus pour le gain actuel est simplifiée comme suit:

b_ré= β^deux-------- (12,8)

Transistor Darlington emballé

En raison de son immense popularité, les transistors Darlington sont également fabriqués et disponibles prêts à l'emploi dans un seul boîtier contenant deux BJT câblés en interne comme une seule unité.

Le tableau suivant fournit la fiche technique d'un exemple de paire Darlington dans un seul package.

Le gain de courant indiqué est le gain net des deux BJT. L'unité est livrée avec 3 bornes standard à l'extérieur, à savoir la base, l'émetteur, le collecteur.

Ce type de transistors Darlington emballés ont des caractéristiques externes similaires à celles d'un transistor normal, mais ont une sortie de gain de courant très élevée et améliorée, par rapport aux transistors simples normaux.

Comment polariser en courant continu un circuit de transistors Darlington

La figure suivante montre un circuit Darlington courant utilisant des transistors avec un gain de courant très élevé β_ré.

Ici, le courant de base peut être calculé à l'aide de la formule:

je_B= V_DC- V_ÊTRE/ R_B+ β_réR_EST-------------- (12,9)

Bien que cela puisse ressembler au équation qui est normalement appliquée pour tout BJT régulier , la valeur β_rédans l'équation ci-dessus sera sensiblement plus élevé, et le V_ÊTREsera comparativement plus grande. Cela a également été prouvé dans l'exemple de fiche technique présenté dans le paragraphe précédent.

Par conséquent, le courant de l'émetteur peut être calculé comme suit:

je_EST= (β_ré+ 1) je_B≈ β_réje_B-------------- (12.10)

La tension continue sera:

V_EST= Je_ESTR_EST-------------- (12.11)

V_B= V_EST+ V_ÊTRE-------------- (12.12)

Exemple résolu 1

À partir des données fournies dans la figure suivante, calculez les courants de polarisation et les tensions du circuit Darlington.

Solution : En appliquant l'Eq.12.9, le courant de base est déterminé comme:

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

En appliquant l'Eq.12.10, le courant de l'émetteur peut être évalué comme:

je_EST≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_C

La tension continue de l'émetteur peut être calculée à l'aide de l'équation 12.11, comme suit:

V_EST= 20,48 mA (390Ω) ≈ 8 V,

Enfin, la tension du collecteur peut être évaluée en appliquant l'Eq. 12.12 comme indiqué ci-dessous:

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

Dans cet exemple, la tension d'alimentation au collecteur du Darlington sera:
V_C= 18 V

Circuit Darlington équivalent AC

Dans la figure ci-dessous, nous pouvons voir un Emetteur-suiveur BJT circuit connecté en mode Darlington. La borne de base de la paire est connectée à un signal d'entrée alternatif via le condensateur C1.

Le signal alternatif de sortie obtenu à travers le condensateur C2 est associé à la borne d'émetteur du dispositif.

Le résultat de la simulation de la configuration ci-dessus est présenté dans la figure suivante. Ici, le transistor Darlington peut être vu remplacé par un circuit équivalent alternatif ayant une résistance d'entrée r _je et une source de courant de sortie représentée par b _ré je _b

L'impédance d'entrée CA peut être calculée comme expliqué ci-dessous:

Courant de base AC passant à travers r _je est:

je_b= V_je- V_ou/ r_je---------- (12.13)

Puisque
V_ou= (Je_b+ β_réje_b) R_EST---------- (12.14)

Si nous appliquons l'Eq 12.13 dans l'Eq. 12.14 nous obtenons:

je_br_je= V_je- V_ou= V_je- JE_b(1 + β_ré) R_EST

Résoudre ce qui précède pour V _je:

V_je= Je_b[r_je+ (1 + β_ré) R_EST]

V_je/ JE_b= r_je+ β_réR_EST

Maintenant, en examinant la base du transistor, son impédance d'entrée CA peut être évaluée comme:

AVEC_je= R_B॥ r_je+ β_réR_EST---------- (12.15)

Exemple résolu 2

Résolvons maintenant un exemple pratique de la conception émetteur-suiveur équivalent AC ci-dessus:

Déterminez l'impédance d'entrée du circuit, étant donné r _je = 5 kΩ

En appliquant l'Eq.12.15, nous résolvons l'équation comme indiqué ci-dessous:

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

Conception pratique

Voici une conception Darlington pratique en connectant un Transistor de puissance 2N3055 avec un petit transistor BC547 de signal.

Une résistance de 100K est utilisée du côté de l'entrée du signal pour réduire le courant à quelques millamps.

Normalement, avec un courant aussi faible à la base, le 2N3055 seul ne peut jamais éclairer une charge de courant élevé telle qu'une ampoule 12V 2 ampères. En effet, le gain de courant de 2N3055 est très faible pour transformer le courant de base bas en courant de collecteur élevé.

Cependant, dès qu'un autre BJT qui est ici un BC547 est connecté à 2N3055 dans une paire Darlington, le gain de courant unifié monte à une valeur très élevée et permet à la lampe de briller à pleine luminosité.

Le gain de courant moyen (hFE) de 2N3055 est d'environ 40, tandis que pour le BC547, il est de 400. Lorsque les deux sont combinés comme une paire Darlington, le gain grimpe considérablement à 40 x 400 = 16000, génial n'est-ce pas. C'est le genre de puissance que nous pouvons obtenir à partir d'une configuration de transistor Darlington, et un transistor d'apparence ordinaire pourrait être transformé en un appareil extrêmement puissant simplement avec une simple modification.