Circuitos del amplificador del transistor de los pares de PNP y de NPN Darlington

Circuitos del amplificador del transistor de los pares de PNP y de NPN Darlington

 

 

Introducción al transistor Darlington

Un transistor Darlington o simplemente un par Darlington se usa principalmente para ofrecer una ganancia de corriente muy alta incluso con baja corriente de base. La configuración Darlington fue inventada por Sidney Darlington en el año de 1953. En el mercado actual, hay una amplia variedad de transistores Darlington disponibles que varían según polaridad, corriente de colector, disipación de potencia, tipo de paquete, voltaje CE máximo, etc.

Estos transistores se encuentran en diferentes tipos de aplicaciones, como reguladores de potencia, controladores de motor, amplificadores de audio, etc. Muchos circuitos optoaisladores se fabrican con transistores Darlington para tener una gran capacidad de corriente en la etapa de salida. Veamos brevemente sobre este transistor con aplicaciones.

 Transistor Darlington

Darlington Transistor

¿Por qué utilizamos el transistor Darlington?

Como sabemos que para conducir el transistor al modo de conducción, se requiere una pequeña corriente de base, cuando la base está conectada como entrada, el emisor es común y el colector es la salida.

Pero, cuando consideramos la carga en el terminal del colector, esta pequeña corriente de base puede no ser suficiente para conducir el transistor a la conducción. La ganancia actual o beta de un transistor es la relación entre la corriente del colector y la corriente base.

Ganancia del transistor o ganancia de corriente (β) = carga o corriente/entrada del colector o corriente de base

Corriente de carga = Ganancia actual (β) × corriente de base

Para un valor β de transistor normal es 100.

La relación anterior dice que la corriente disponible para manejar la carga es 100 veces mayor que la corriente de entrada del transistor.

Considere la siguiente figura donde se usa el transistor NPN para cambiar la lámpara con variable resistencia conectada entre la fuente y el terminal base. Aquí, en este circuito, la corriente de base es el único factor que decide el flujo de corriente a través del colector y el emisor, de modo que la luz brillará de débil a muy brillante variando la resistencia de la resistencia variable.

Si el valor de resistencia de la resistencia variable es mayor, la corriente de base se reduce, por lo que el transistor se desactiva. Cuando la resistencia es demasiado pequeña, fluirá una cantidad suficiente de corriente a través de la base, lo que resulta en un flujo de corriente muy grande a través de la lámpara para que la lámpara se vuelva más brillante. Esta es la amplificación actual en el transistor.

 Cambio de transistor único estándar

Cambio de transistor único estándar

En el ejemplo anterior, hemos visto conducir de una carga (Lámpara) usando un solo transistor. Pero en algunas aplicaciones, la corriente base de entrada desde la fuente puede no ser suficiente para impulsar la carga. Sabemos que la corriente de carga en el transistor es el producto de la corriente de entrada y la ganancia del transistor.

Debido a que el aumento de la corriente de base no es posible debido a la fuente de suministro, la única forma de aumentar la capacidad de la corriente de carga es aumentar la ganancia del transistor. Pero también está fijado para cada transistor. Sin embargo, podemos aumentar la ganancia mediante la combinación de uso de dos transistores. Esta configuración se denomina configuración de transistor Darlington.

Transistor Darlington o Darlington Par

Un transistor Darlington es una conexión de dos transistores que se presenta como un paquete completo con tres cables base, emisor y colector como equivalentes al transistor único. El par de transistores bipolares proporciona una ganancia de corriente muy alta en comparación con un solo transistor estándar como se mencionó anteriormente.

Un par de estos transistores puede ser PNP o NPN depende de la aplicación utilizada. La siguiente figura muestra la configuración del par Darlington con transistores NPN y PNP.

 Configuraciones del transistor Darlington

Configuraciones del transistor Darlington

Considere la configuración NPN del transistor Darlington. En esto, una corriente de base muy pequeña hace que fluya una gran corriente de emisor que luego se aplica a la base del siguiente transistor. La corriente amplificada en el primer transistor se amplifica de nuevo mediante la ganancia de corriente del segundo transistor. Por lo tanto, la corriente del emisor del segundo transistor es muy grande, lo suficientemente alta como para conducir cargas altas.

Suponga que si la ganancia actual del primer transistor es β1 y la ganancia actual del siguiente transistor es β2, entonces la ganancia de corriente general de los transistores será el producto de β1 y β2. Para un transistor estándar β es 100. Entonces la ganancia de corriente general es 10000. Este valor es muy alto en comparación con un solo transistor, por lo que esta alta ganancia de corriente proporciona una corriente de carga alta.

En general, para ENCENDER el transistor, el voltaje de entrada base debe ser mayor que 0.7V. Como los dos transistores se usan en esta configuración, la tensión de base debe ser mayor de 1,4 V.

De la figura, Ganancia actual del primer transistor

β1 = IC1/IB1,

por lo tanto IC1 = β1 IB1

Del mismo modo, la ganancia actual del siguiente transistor,

β2 = IC2/IB2, luego IC2 = β2 IB2

La corriente total en el colector es IC = IC1 + IC2

IC = β1 IB1 + β2 IB2

Pero la corriente de base del segundo transistor,

IB2 = IB + IC1

IB2 = β1 IB + IB

IB2 = IB (1 + β1)

Sustituyendo en la ecuación anterior,

IC = β1 IB + β2IB (1 + β1)

IC = IB (β1 + β2 + β1 β2)

En la relación anterior, las ganancias individuales se descuidan y el t la ecuación de otal se aproxima como

IC = IB (β1 β2)

Ese es el total ganancia,

β = (β1 β2)

Y también VBE = VBE1 + VBE2.

Ejemplo de circuito de transistor Darlington

Considere el siguiente circuito donde el par Darlington se usa para cambiar la carga que está clasificada a 12V y 80W. Las ganancias actuales del primer y segundo transistores se dan como 50 y 60 respectivamente. Entonces, la corriente de base requerida para encender completamente la lámpara se calcula de la siguiente manera.

 Darlington Transistor Circuit

Circuito de transistor Darlington

La corriente del colector es igual a la corriente de carga,

IC = 80/12 = 6.67 A

La corriente de salida del transistor darlington se da como Ic = IB (β1 + β2 + β1 β2 ),

IB = IC/(β1 + β2 + β1 β2)

Ganancias actuales, β1 = 50 y β2 = 60

Entonces, IB = 6.67/(50 + 60 + (60 × 50))

IB = 2.2 mA

el cálculo anterior, está claro que con una corriente de base pequeña podemos cambiar las cargas de lámpara más grandes. Esta pequeña tensión de entrada básica puede aplicarse desde cualquier salida de microcontrolador o cualquier circuito lógico digital.

Aplicaciones del transistor Darlington

Los transistores Darlington se utilizan principalmente en aplicaciones de conmutación y amplificación para ofrecer una ganancia de corriente de CC muy alta. Algunas de las aplicaciones clave son interruptores laterales altos y bajos, amplificadores de sensores y amplificadores de audio. Para aplicaciones sensibles a la luz, se utilizan fotodrillos. Veamos el funcionamiento de un transistor Darlington para una aplicación específica.

Transistor NPN Darlington como Switch

La figura a continuación muestra la conducción de un LED con el transistor Darlington. Un interruptor en el terminal base también puede ser reemplazado por un sensor táctil para que, al tocar, el LED se encienda. Una resistencia de 100k ohm actúa como una resistencia protectora para el par de transistores.

 Transistor Darlington como interruptor

Darlington Transistor as Switch

  • Cuando el interruptor está cerrado, se aplica un voltaje especificado superior a 1,4 V a través del transistor Darlington. Esto hace que el par Darlington se active y transmita la corriente a través de la carga. Esto hace que el LED brille muy brillante, incluso con cambios en la resistencia en la base.
  • Cuando se abre el interruptor, ambos transistores bipolares están en modo de corte y la corriente a través de la carga es cero. Entonces, el LED se apaga.
  • También es posible usar el par Darlington para controlar las cargas inductivas, como los relés y los motores. En comparación con un solo transistor, manejar las cargas inductivas con el par Darlington es más efectivo ya que ofrece una corriente de carga alta con una pequeña corriente de entrada de base.
  • La figura siguiente muestra un par de Darlington que impulsa la bobina del relé. Como sabemos que para cargas inductivas, un diodo de rueda libre paralelo es necesario para proteger el circuito contra las corrientes inducidas. Similar a la operación del circuito LED anterior, la bobina del relé se energiza cuando se aplica la corriente base. También podemos usar un motor de CC como carga inductiva en lugar de bobina de relé.

 Transistor Darlington al relé del interruptor

Transistor Darlington para conmutar relé

Transistor Darlington PNP como conmutador

  • Podemos usar transistores PNP como par Darlington, pero comúnmente se usan transistores NPN. No hay mucha diferencia en el circuito usando NPN o PNP. La figura siguiente muestra un circuito de sensor simple que da una alarma con el funcionamiento del par Darlington.
  • Este circuito es un simple indicador de nivel de agua en el que el par Darlington se usa como un interruptor. Sabemos que esta configuración de transistor proporciona una gran corriente de colector para que pueda activar el zumbador en la salida.
  • Cuando el nivel del agua no es suficiente para cerrar el sensor, el transistor Darlington está en estado OFF. Por lo tanto, el circuito se abre y no pasa corriente por él.
  • A medida que aumenta el nivel del agua, el sensor se activa y proporciona una corriente de base necesaria para el par Darlington. Por lo tanto, el circuito se vuelve corto y la corriente de carga fluye de modo que el zumbador emite una alarma o un sonido.

 Transistor PNP Darlington como interruptor

PNP Darlington Transistor como conmutador

Transistor Darlington como amplificador

En caso de alimentación o amplificadores de tensión la resistencia de carga en la salida es muy baja para tener un flujo de corriente alto. Esta corriente fluye a través del terminal colector de un transistor si el transistor se usa para la amplificación. Para poder adaptarse a los amplificadores de potencia, los transistores deben impulsar altas corrientes de carga.

Este requisito puede no ser posible con un solo transistor que funcione con una pequeña corriente de base. Para cumplir con el requisito de alta corriente de carga, se utiliza el par Darlington que ofrece una alta ganancia de corriente.

 Transistor Darlington como amplificador

Transistor Darlington como amplificador

La figura anterior muestra un circuito amplificador clase A que usa una configuración de transistor Darlington para tener una alta corriente de colector. El transistor Darlington ofrece una ganancia igual al producto de dos ganancias individuales.

Por lo tanto, con una pequeña corriente de base, la corriente de salida en el terminal colector es muy alta. Entonces, con la disposición del transistor Darlington, este amplificador proporciona suficiente corriente amplificada a la carga.

Ventajas del par Darlington

El par Darlington tiene varias ventajas en comparación con el transistor simple estándar. Algunos de ellos son

  • Produce una ganancia de corriente muy alta que el transistor estándar estándar
  • Ofrece una impedancia de entrada muy alta o una buena transformación de impedancia que puede alterar una alta impedancia entrada o fuente a baja carga de impedancia.
  • Pueden fabricarse con dos transistores separados o vienen con un solo paquete.
  • Configuración de circuito sencilla y conveniente ya que se utilizan pocos componentes.
  • En el caso del par foto-Darlington, el ruido introducido es muy inferior en comparación con el fototransistor con un amplificador externo.

Desventajas del transistor Darlington

  • La velocidad de conmutación es baja
  • El ancho de banda es limitado
  • A ciertas frecuencias en el circuito de realimentación negativa, esta configuración introduce un cambio de fase.
  • El voltaje base-emisor requerido es alto y es dos veces el único transistor estándar.
  • Disipación de alta potencia debido a un alto voltaje de saturación.
  • La corriente de fuga total es alta porque la corriente de fuga del primer transistor es amplificada por el siguiente transistor. Es por eso que las tres o más etapas de Darlington son imposibles.

Por lo tanto, el par Darlington es muy útil en la mayoría de las aplicaciones porque proporciona una alta ganancia de corriente a bajas corrientes de base. Aunque tiene algunas limitaciones, estos pares se utilizan ampliamente en las aplicaciones donde no se necesita una respuesta de alta frecuencia y se requieren niveles de corriente de alta ganancia.

En el caso de los circuitos del amplificador de potencia de audio, esta configuración proporciona una mejor salida. Esperamos que este artículo haya proporcionado información de calidad sobre este tema. Si crees que este contenido es útil e informativo, no dudes en escribirnos tus comentarios en la sección de comentarios a continuación.

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