Введение
Конфигурация многотранзисторной схемы в электронике, называемая конфигурацией Дарлингтона (обычно именуемой парой Дарлингтона), представляет собой схему, состоящую из двух биполярных транзисторов, где эмиттер одного транзистора соединен с базой другого, так что ток, усиленный первым транзистором, дополнительно усиливается вторым. Коллекторы обоих транзисторов соединены вместе. Эта конфигурация обеспечивает значительно большее усиление тока, чем каждый транзистор по отдельности. Она функционирует как единый транзистор и часто поставляется в таком виде. Она была изобретена Сидни Дарлингтоном в 1953 году.
In electronics, a multi transistor configuration called the Darlington configuration (commonly called as a Darlington pair) is a circuit consisting of two bipolar transistors with the emitter of one transistor connected to the base of the other, such that the current amplified by the first transistor is amplified further by the second one. The collectors of both transistors are connected together. This configuration has a much higher current gain than each transistor taken separately. It acts like and is often packaged as a single transistor. It was invented in 1953 by Sidney Darlington.
Преимущества
Типичный транзистор Дарлингтона имеет коэффициент усиления по току 1000 и более, поэтому для включения пары требуется лишь небольшой базовый ток, чтобы управлять гораздо большими коммутируемыми токами. Еще одним преимуществом является обеспечение очень высокого входного импеданса для схемы, что также приводит к соответствующему снижению выходного импеданса. Простота создания этой схемы также является преимуществом. Её можно легко собрать из двух отдельных NPN (или PNP) транзисторов, и она также доступна в различных корпусах.
Недостатки
Одним из недостатков является приблизительное удвоение напряжения база-эмиттер. Поскольку между базой и эмиттером транзистора Дарлингтона два перехода, эквивалентное напряжение база-эмиттер является суммой напряжений база-эмиттер обоих транзисторов: для кремниевой технологии, где каждое VBEi составляет около 0,65 В при работе устройства в активном или насыщенном режиме, необходимое напряжение база-эмиттер пары составляет 1,3 В.
For silicon based technology, where each VBEi is about 0.65 V when the device is operating in the active or saturated region, the necessary base–emitter voltage of the pair is 1.3 V.
Another drawback of the Darlington pair is its increased "saturation" voltage. The output transistor is not allowed to saturate (i. e. its base–collector junction must remain reverse biased) because the first transistor, when saturated, establishes full (100%) parallel negative feedback between the collector and the base of the second transistor. Since collector–emitter voltage is equal to the sum of its own base–emitter voltage and the collector emitter voltage of the first transistor, both positive quantities in normal operation, it always exceeds the base emitter voltage. (In symbols, always.) Thus the "saturation" voltage of a Darlington transistor is one VBE (about 0.65 V in silicon) higher than a single transistor saturation voltage, which is typically 0.1 0.2 V in silicon. For equal collector currents, this drawback translates to an increase in the dissipated power for the Darlington transistor over a single transistor. The increased low output level can cause troubles when TTL logic circuits are driven. Another problem is a reduction in switching speed or response, because the first transistor cannot actively inhibit the base current of the second one, making the device slow to switch off. To alleviate this, the second transistor often has a resistor of a few hundred ohms connected between its base and emitter terminals. Other high current applications could include those involving computer control of motors or relays, where the current is amplified from a safe low level of the computer output line to the amount needed by the connected device.
Другим недостатком пары Дарлингтона является повышенное напряжение насыщения. Выходному транзистору не разрешается насыщаться (то есть, p–n переход база-коллектор должен оставаться в обратном смещении), поскольку первый транзистор, находясь в насыщенном состоянии, обеспечивает полную (100%) параллельную отрицательную обратную связь между коллектором и базой второго транзистора. Поскольку напряжение коллектор-эмиттер равно сумме его собственного напряжения база-эмиттер и напряжения коллектор-эмиттер первого транзистора, обе величины положительны при нормальной работе, оно всегда превышает напряжение база-эмиттер. (В символах, всегда.) Таким образом, напряжение насыщения транзистора Дарлингтона на один VBE (около 0,65 В для кремния) выше, чем напряжение насыщения одиночного транзистора, которое обычно составляет 0,1–0,2 В для кремния. При равных коллекторных токах этот недостаток приводит к увеличению рассеиваемой мощности транзистора Дарлингтона по сравнению с одиночным транзистором. Повышенный низкий уровень выходного сигнала может вызывать проблемы при управлении логическими схемами TTL. Другая проблема – снижение скорости переключения, поскольку первый транзистор не может активно подавлять базовый ток второго, что замедляет отключение устройства. Для смягчения этой проблемы ко второму транзистору часто подключают резистор в несколько сотен Ом между базовым и эмиттерным выводами. Другие применения с высоким током могут включать управление двигателями или реле с помощью компьютера, где ток усиливается с безопасного низкого уровня выходного сигнала компьютера до величины, необходимой подключенному устройству.
For silicon based technology, where each VBEi is about 0.65 V when the device is operating in the active or saturated region, the necessary base–emitter voltage of the pair is 1.3 V.
Another drawback of the Darlington pair is its increased "saturation" voltage. The output transistor is not allowed to saturate (i. e. its base–collector junction must remain reverse biased) because the first transistor, when saturated, establishes full (100%) parallel negative feedback between the collector and the base of the second transistor. Since collector–emitter voltage is equal to the sum of its own base–emitter voltage and the collector emitter voltage of the first transistor, both positive quantities in normal operation, it always exceeds the base emitter voltage. (In symbols, always.) Thus the "saturation" voltage of a Darlington transistor is one VBE (about 0.65 V in silicon) higher than a single transistor saturation voltage, which is typically 0.1 0.2 V in silicon. For equal collector currents, this drawback translates to an increase in the dissipated power for the Darlington transistor over a single transistor. The increased low output level can cause troubles when TTL logic circuits are driven. Another problem is a reduction in switching speed or response, because the first transistor cannot actively inhibit the base current of the second one, making the device slow to switch off. To alleviate this, the second transistor often has a resistor of a few hundred ohms connected between its base and emitter terminals. Other high current applications could include those involving computer control of motors or relays, where the current is amplified from a safe low level of the computer output line to the amount needed by the connected device.