Cálculos del transistor Darlington

El transistor Darlington es una conexión muy conocida y popular que utiliza un par de transistor de unión de transistor bipolar (BJT), diseñado para funcionar como un 'magnífico' transistor. El siguiente diagrama muestra los detalles de la conexión.

Definición

Un transistor Darlington se puede definir como una conexión entre dos BJT que les permite formar un solo BJT compuesto adquiriendo una cantidad sustancial de ganancia de corriente, que normalmente puede ir más allá de mil.

La principal ventaja de esta configuración es que el transistor compuesto se comporta como un solo dispositivo que tiene una mejora ganancia de corriente equivalente al producto de las ganancias de corriente de cada transistor.

Si la conexión Darlington se compone de dos BJT individuales con ganancias de corriente β₁y β₂la ganancia de corriente combinada se puede calcular mediante la fórmula:

B_D= β₁B₂-------- (12.7)

Cuando se utilizan transistores combinados en una conexión Darlington de manera que β₁= β₂= β, la fórmula anterior para la ganancia actual se simplifica como:

B_D= β²-------- (12.8)

Transistor Darlington empaquetado

Debido a su inmensa popularidad, los transistores Darlington también se fabrican y están disponibles listos para usar en un solo paquete que tiene dos BJT conectados internamente como una sola unidad.

La siguiente tabla proporciona la hoja de datos de un par de Darlington de ejemplo dentro de un solo paquete.

La ganancia de corriente indicada es la ganancia neta de los dos BJT. La unidad viene con 3 terminales estándar externamente, a saber, base, emisor y colector.

Este tipo de transistores Darlington empaquetados tienen características externas similares a un transistor normal pero tienen una salida de ganancia de corriente muy alta y mejorada, en comparación con los transistores individuales normales.

Cómo polarizar CC en un circuito de transistor Darlington

La siguiente figura muestra un circuito Darlington común que usa transistores con una ganancia de corriente muy alta β_D.

Aquí la corriente base se puede calcular usando la fórmula:

I_B= V_CC- V_SER/ R_B+ β_DR_ES-------------- (12.9)

Aunque esto puede parecer similar al ecuación que normalmente se aplica para cualquier BJT regular , el valor β_Den la ecuación anterior será sustancialmente mayor, y la V_SERserá comparativamente más grande. Esto también se ha demostrado en la hoja de datos de muestra presentada en el párrafo anterior.

Por lo tanto, la corriente del emisor se puede calcular como:

I_ES= (β_D+ 1) yo_B≈ β_DI_B-------------- (12.10)

El voltaje DC será:

V_ES= Yo_ESR_ES-------------- (12.11)

V_B= V_ES+ V_SER-------------- (12.12)

Ejemplo resuelto 1

A partir de los datos proporcionados en la siguiente figura, calcule las corrientes de polarización y los voltajes del circuito de Darlington.

Solución : Aplicando la ecuación 12.9, la corriente base se determina como:

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

Aplicando la ecuación 12.10, la corriente del emisor se puede evaluar como:

I_ES≈ 8000 (2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ I_C

El voltaje de CC del emisor se puede calcular usando la ecuación 12.11, como:

V_ES= 20,48 mA (390 Ω) ≈ 8 V,

Finalmente, el voltaje del colector se puede evaluar aplicando la Ec. 12.12 como se indica a continuación:

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

En este ejemplo, la tensión de alimentación en el colector del Darlington será:
V_C= 18 V

Circuito Darlington equivalente de CA

En la figura que se muestra a continuación, podemos ver un Emisor-seguidor BJT circuito conectado en modo Darlington. El terminal base del par está conectado a una señal de entrada de CA a través del condensador C1.

La señal de CA de salida obtenida a través del condensador C2 está asociada con el terminal emisor del dispositivo.

El resultado de la simulación de la configuración anterior se presenta en la siguiente figura. Aquí, el transistor Darlington se puede ver reemplazado por un circuito equivalente de CA que tiene una resistencia de entrada r _I y una fuente de salida de corriente representada como B _D I _b

La impedancia de entrada de CA se puede calcular como se explica a continuación:

Ac base actual que pasa r _I es:

I_b= V_I- V_o/ r_I---------- (12.13)

Ya que
V_o= (Yo_b+ β_DI_b) R_ES---------- (12.14)

Si aplicamos la ecuación 12.13 en la ecuación. 12.14 obtenemos:

I_br_I= V_I- V_o= V_I- I_b(1 + β_D) R_ES

Resolviendo lo anterior para V _I:

V_I= Yo_b[r_I+ (1 + β_D) R_ES]

V_I/ I_b= r_I+ β_DR_ES

Ahora, al examinar la base del transistor, su impedancia de entrada de CA se puede evaluar como:

CON_I= R_B॥ r_I+ β_DR_ES---------- (12.15)

Ejemplo resuelto 2

Ahora resolvamos un ejemplo práctico para el diseño de seguidor de emisor equivalente de CA anterior:

Determine la impedancia de entrada del circuito, dado r _I = 5 kΩ

Aplicando la ecuación 12.15 resolvemos la ecuación como se indica a continuación:

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

Diseño practico

Aquí hay un diseño práctico de Darlington conectando un Transistor de potencia 2N3055 con un transistor BC547 de pequeña señal.

Se utiliza una resistencia de 100 K en el lado de la entrada de señal para reducir la corriente a unos pocos miliamperios.

Normalmente con una corriente tan baja en la base, el 2N3055 por sí solo nunca puede iluminar una carga de alta corriente, como una bombilla de 12 V y 2 amperios. Esto se debe a que la ganancia de corriente de 2N3055 es muy baja para procesar la corriente de base baja en corriente de colector alta.

Sin embargo, tan pronto como otro BJT que es un BC547 aquí se conecta con 2N3055 en un par Darlington, la ganancia de corriente unificada salta a un valor muy alto y permite que la lámpara brille con el brillo total.

La ganancia de corriente promedio (hFE) de 2N3055 es de alrededor de 40, mientras que para BC547 es de 400. Cuando los dos se combinan como un par Darlington, la ganancia se dispara sustancialmente hasta 40 x 400 = 16000, increíble, ¿no? Ese es el tipo de potencia que podemos obtener de una configuración de transistor Darlington, y un transistor de apariencia ordinaria podría convertirse en un dispositivo de gran potencia con una simple modificación.