Darlington als CB

  1. Warum verwenden wir ein Darlington-Paar?
  2. Ich habe gehört, dass wir es nicht als gemeinsame Basis verwenden. Warum das?
  3. Warum entwickeln wir nicht einfach einen BJT mit hohem Beta-Wert, anstatt diese Struktur zu verwenden?
  4. Was sind die verschiedenen Arten davon?
  5. Wie kann ich den Emitter und den Kollektor davon erkennen (zum Beispiel im Bild unten)?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie stellen Superbeta > 1k, Transistoren her, kosten aber $$
Dies ist quasi ein Darlington mit einem anderen Namen. Kannst du es finden?
Keines Ihrer Diagramme zeigt ein Darlington-Paar.
Das ist eine Superbeta-Verbindung, nicht Darlington. Hinweis: Darlington enthält 2 (oder mehr) Transistoren gleicher Polarität, und alle Kollektoren sind miteinander verbunden.
Es gibt eine Basis in den Bildern oben. Warum nicht "allgemein" machen? Was bedeutet das?

Antworten (3)

  1. Für hohe Strombelastungen. BJTs sind ein stromgesteuertes Gerät, sodass möglicherweise nicht genügend Stromverstärkung bereitgestellt wird. Dies wird als Beta-Wert bezeichnet und liegt normalerweise bei 100-300 für Allzwecktransistoren
  2. Der Basisstrom wird verstärkt und durch den Kollektor zum Emitter projiziert (in NPN). Wenn es sich um eine gemeinsame Basis handelt, ist der Strom durch beide Transistoren gleich. Das Stapeln der Basis des zweiten Transistors mit dem Emitter des ersten liefert eine Verstärkung in den 1000er-Bereichen
  3. Guter Punkt, diese sind teuer! Alternativen sind spannungsgesteuerte MOSFETs , die mit hohen Strömen umgehen können.
  4. NPN-, PNP- und Szikial-Paar (Gegentaktverstärker)
  5. Diese sind im Allgemeinen in Darlington-ICs wie dem ULN2003 gekennzeichnet
..."ausreichende Stromverstärkung"??? Michael J., können Sie bitte erklären, WARUM Ihrer Meinung nach die "Stromverstärkung" ein so kritischer Parameter ist? Meines Wissens (wie in meinem Beitrag gezeigt) ist der einzige Punkt: Eingangswiderstand. Nichts anderes. Andernfalls könnte ein einzelner Hochstrom-BJT die Arbeit erledigen.
@LvW Ich war noch nie ein Fan des Begriffs "dynamischer Eingangswiderstand", wenn ich über einen BJT spreche. Es vermittelt den Schülern den falschen Eindruck, dass man das Basisverhalten als Widerstand modellieren kann - dies gilt nur über einen sehr engen Bereich von Basisspannungen, da die IV-Beziehung für den Basisstrom exponentiell zur Spannung ist (daher "dynamischer" Widerstand). ). Es ist viel nützlicher, sich die BJT-Basis als eine in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode vorzustellen, die mit dem Emitter verbunden ist, was die Tatsache gut erfasst, dass der "Widerstand" oberhalb von etwa 0,7 V im Grunde genommen vernachlässigbar ist.
@LvW Warum die Stromverstärkung eine Gütezahl ist - einfach, was auch immer den Transistor tatsächlich antreibt , es wird eine gewisse Einschränkung in seiner Fähigkeit geben, Strom zu liefern. Beispielsweise kann ein typischer Mikrocontroller-GPIO-Pin nur maximal wenige Milliampere liefern. Wenn Sie 5 mA liefern können und 2 A treiben müssen, wissen Sie, dass Sie ein "effektives" h_FE von etwa 400 benötigen. Sie suchen also einfach zwei Transistoren, deren minimale h_FEs multipliziert zusammen> 400 sind. Das ist viel einfacher als die Sichtweise des dynamischen Widerstands.
@Peter ... Ich kann überhaupt nicht zustimmen und verstehe Ihre Argumentation nicht. Wie in meinem Zahlenbeispiel gezeigt, kann der Signaleingangswiderstand eines einzelnen Transistors an der Basis nur im Bereich einiger kOhm liegen - und Sie schlagen dies vor vernachlässigen? Das heißt - davon ausgehen, dass der Eingangswiderstand unendlich ist? Was ist Ihrer Meinung nach der Grund für die Einführung des Darlington-Transistors? Gibt es eine andere Motivation als den Signaleingangswiderstand am Basisknoten?
@LvW Ich schlage vor, dass Sie aus Gründen der Intuition davon ausgehen, dass die Eingangsimpedanz an der Basis im Wesentlichen Null (nicht unendlich) ist, wenn V_be > 0,7 V im aktiven Vorwärtsmodus ist. Dies baut eine nützlichere Intuition des BJT als "Stromverstärker" auf, anstatt durch den Versuch zu gehen, Ausdrücke abzuleiten, mit denen wir den BJT als Transimpedanzverstärker behandeln können. Unter diesem Gesichtspunkt ist es leicht zu erkennen, dass der Zweck der Darlington-Konfiguration darin besteht, die Stromverstärkung zu erhöhen und somit einer Quelle mit geringer Stromlieferfähigkeit zu ermöglichen, große Ströme zu treiben.
@ Peter - haben Sie jemals eine Transistor-Verstärkungsstufe entworfen, bei der ein Eingangswiderstand von Null an der Basis angenommen wurde? Beachten Sie, dass der BJT weder ein Stromverstärker noch ein "Transwiderstands" -Verstärker (wie von Ihnen erwähnt) ist - er arbeitet als Transkonduktanzverstärker (Spannung ein und Strom aus). Alle Gestaltungsregeln basieren darauf! Übrigens: Die Bedeutung Ihres letzten Satzes ("Low Current Sourcing") ist identisch mit meiner Behauptung: Großer Eingangswiderstand. Daher verstehe ich Ihren ersten Satz nicht, der darauf hindeutet, einen Eingangswiderstand von Null anzunehmen. Wie lösen Sie diesen Widerspruch?
@LvW: Stellen Sie sich vor, Sie legen eine 5-V-Quelle mit im Wesentlichen null Ausgangswiderstand an den Basisstift eines NPN-Transistors in gemeinsamer Emitterkonfiguration an. Was geschieht? Aus dem Ebers-Moll-Modell ist ziemlich offensichtlich, dass der Basis-Emitter-Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt wird und ein großer Strom von der Versorgung über den BE-Übergang nach Masse fließt. Aus diesem Grund ist es ein wenig gefährlich, den Basis-Emitter-Übergang lediglich als äquivalenten Widerstand zu behandeln: Dies gilt nur unter engen Vorspannungsbedingungen. Ein BJT ist grundsätzlich ein stromgesteuertes Gerät, kein spannungsgesteuertes.
@ Peter ... sorry zu sagen: Der letzte Satz ist einfach falsch. Kennen Sie einen einzigen Beweis für diese Behauptung? Benötigen Sie Nachweise zur Spannungskontrolle? Andererseits - es ist nicht meine Hauptaufgabe, Ihnen etwas beizubringen ... (Haben Sie jemals von dem -2 mV / K-Tempco gehört, der nicht nur gemessen, sondern basierend auf der Trägerphysik berechnet wurde?)
@LvW Ja, der Temperaturkoeffizient fällt aus der Halbleiterphysik, was das Verhalten des Übergangs erklärt - wo habe ich etwas anderes gesagt? Sie wissen , dass Transistoren außerhalb des Kleinsignalverstärker-Regimes verwendet werden? Sie stellen auch praktische Schalter her. Nur weil Sie das Geräteverhalten um eine feste Basisvorspannung herum linearisieren können, was es Ihnen ermöglicht, einen Transkonduktanzbetrieb anzunehmen, bedeutet dies nicht, dass dies auf ein großes Signalverhalten verallgemeinert wird!
@LvW Werfen Sie einfach einen Blick auf das Ebers-Moll-Modell, das zeigt, dass ein BJT unter Großsignalbedingungen stromgesteuert ist: Bei Vorwärtsaktivität speisen Sie einen Strom von Ib an der Basis ein, Sie erhalten Ic = Ib * h_fe. Wenn Sie die Basis mit Spannung statt mit Strom ansteuern, hängt der Ausgang immer noch vom Basis-Emitter- Strom ab , der eine Funktion der Vorspannung an der Basis und der Shockley-Diodengleichung ist. Ja, Sie können dies als "Widerstand" betrachten, wenn Sie garantieren, dass die Änderung von V_be nicht groß ist - aber dies ignoriert die Großsignalperspektive.
@Peter...merkst du, dass du nichts anderes hast als eine Behauptung und die Gleichung Ic=beta*Ib -? Eine solche Gleichung kann Ihnen niemals etwas über Ursache und Wirkung sagen. Es ist nur eine Fehlinterpretation von Ib=Ic/beta. Hast du an die -2mV/K gedacht? Wissen Sie, wie ein Stromspiegel funktioniert? Wissen Sie, wie ein Emitterwiderstand funktioniert (VOLTAGE Feedback)? Ist Ihnen klar, dass Beta keinen Einfluss auf die Spannungsverstärkung hat? Welche Kurve verwenden Sie, um den Unterschied zwischen Klasse-A- und Klasse-B-Betrieb zu erklären? Auch der EARLY-Effekt kann nur anhand der Spannung (E-Feld) über dem Verarmungsbereich erklärt werden.
Peter..... versuchen Sie einige gute Artikel aus Berkeley oder Stanford oder vom MIT oder... zu konsultieren (und verlassen Sie sich nicht auf Wikipedia oder andere "obskure" Wissensquellen).
Uff. Jetzt werden wir nur noch pedantisch. Wenn Sie die Ansicht „Spannung steuert den Strom und somit spannungsgesteuert“ nehmen, ist buchstäblich jedes Gerät im Universum „spannungsgesteuert“. Ja, ich weiß, wie ein Transistor intern funktioniert. Für die anstehende Diskussion ist es irrelevant. Wollen Sie jeden Ladungsträger im Silizium im Kopf verfolgen? Natürlich nicht. Wir haben makroskopische Modelle, um das Verhalten komplexer Phänomene auf jeder Ebene des Ingenieurwesens zu abstrahieren, und per Definition müssen diese Modelle Vereinfachungen sein, sonst wäre ihre Existenz sinnlos.
Im Fall der abstrakten Makromodelle, die wir für das BJT-Verhalten in der Schaltung haben, ist es weitaus intuitiver, den BJT als stromgesteuertes Gerät (dh: Ebers-Moll-Großsignalmodell) für den Niederfrequenzbetrieb mit großen Signalen zu behandeln. denn das fällt aus der Mathematik für das Modell heraus . Spielt es eine Rolle, dass das Modell tatsächlich das emergente Verhalten von Ladungsträgern und Feldern in Silizium beschreibt? Gar nicht. Solange wir die Grenzen des Modells kennen, gibt es kein Problem mit der Vereinfachung.
Zusammenfassend also: Es ist gut zu wissen, wie ein Transistor funktioniert (das ist Teil jeder EE-Ausbildung im Grundstudium). Aber es ist auch von entscheidender Bedeutung zu lernen, wie man abstrakt denkt und sich nicht zu sehr von der Tatsache einfangen lässt, dass unsere Abstraktionen nur Vereinfachungen sind. In den üblichen Abstraktionen, die wir verwenden, um das Verhalten von BJT-Schaltungen zu beschreiben (Ebers-Moll, Gummel-Poon usw.), ist es weitaus sinnvoller, sich vorzustellen, dass der Basisstrom den Kollektorstrom steuert, auch wenn die Wahrheit etwas komplizierter ist.
Und ja, mir ist bewusst, dass es sicherlich möglich ist, in einem "unendlichen Beta" -Regime zu arbeiten (Vorwärts-Alpha = 1, in diesem Fall ist der Kollektorstrom exponentiell proportional zu V_be - dies ist leicht durch Inspektion der Ebers- Moll-Modell). Mein Punkt ist, dass die Betrachtung des BJT als spannungsgesteuertes Gerät den Umgang mit einem hohen Grad an Nichtlinearität erfordert, da der Kollektorstrom exponentiell mit V_be zusammenhängt. Für ein intuitives Verständnis ist das stromgesteuerte Modell sinnvoll. Beachten Sie, dass ich nicht sage, dass der Spannungsstandpunkt in bestimmten Fällen keinen Wert hat.
Peter - bei allem Respekt, Du verstehst meinen Punkt nicht. Der Kern Ihrer Kommentare lautet: "..intuitiver den BJT als stromgesteuert zu behandeln", "..macht mehr Sinn...", "Für intuitives Verständnis, ...macht Sinn...". DAS IST NICHT DER PUNKT! Und ich spreche nicht von Modellen!! Sie kennen sicherlich das sogenannte "Re-Modell", bei dem die Transkonduktanz gm=1/re als "Emitter-Eigenwiderstand" erscheint - meiner Meinung nach ein katastrophaler Irrglaube .... es kann hilfreich sein, um Formeln abzuleiten und anzuwenden, tut es aber nicht helfen überhaupt zu verstehen, was zwischen Eingang und Ausgang vor sich geht (4-polig).
Nein - mein einziger Punkt ist, mehrere Widersprüche zu vermeiden, die die Schüler immer verwirren (meine Erfahrung). Ich habe Ihnen einige Beispiele für Schaltungen, Beobachtungen und typische BJT-Parameter gegeben, die nur mit Spannungssteuerung erklärt werden können. Und gleichzeitig sprechen manche Leute und manche Bücher von Stromkontrolle (OHNE JEGLICHEN BEWEIS!), nur eine Behauptung - basierend auf der Beziehung IB=IC/B. Ich kann nicht verstehen, warum wir mit einem solchen Widerspruch leben sollten. In jedem Elektronikunterricht hören die Schüler von der Diodenkennlinie - und Sie sehen ein Problem durch "einen hohen Grad an Nichtlinearität".

Ich denke, Ihre Frage hat zu viele Fragen. Also werde ich antworten, was ich zu antworten motiviert bin. Außerdem schreiben Sie überhaupt nicht viel über den Kontext dieser Fragen. Und das ist wichtig, damit ich mich auf das konzentrieren kann, was ich sage. Also werde ich auch etwas lapidar antworten, weil du mich nicht mehr motiviert hast. Ich hoffe, ich finde ein Gleichgewicht, das Sie akzeptabel finden.

Warum verwenden wir ein Darlington-Paar?

Der β Beziehung zwischen Kollektorstrom und dem erforderlichen Rekombinations-Basisstrom kann eine unannehmbare Belastung für den Treiber darstellen. In einigen dieser Situationen ist es akzeptabel, einfach einen zweiten BJT zu verwenden, um diese Last zu reduzieren. Zum Beispiel:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Auf der linken Seite versucht die Schaltung, nur einen einzigen BJT für einen Schalter zu verwenden. Aber um das zu erreichen, muss es ungefähr garantieren 80 mA als Basisstrom, um dies sicherzustellen Q 1 ist gesättigt. ( β 1 ≈ 10 .) Aber die meisten E/A-Pins einer MCU können so viel Strom nicht verarbeiten. Der linke Schaltkreis funktioniert also einfach nicht.

Auf der rechten Seite, Q 2 wurde hinzugefügt, um zusätzliche Unterstützung zu bieten. Hier, Q 1 nicht gesättigt ist (der Kollektor ist ca 600 mV höher als zuvor, was ein Problem sein kann, aber wahrscheinlich nicht ist), also ist es so β Wert ist wahrscheinlich viel höher. Nennen wir es β 1 = 80 , da es sich im aktiven Modus befindet und wir hier einen BJT mit höherem Strom verwenden. Aber Q 2 hier ist hoch gesättigt, also ist es wieder so β 2 ≈ 10 . Aber Q 2 muss nur ca. liefern 800 mA β 1 = 80 ≈ 10 mA durch seinen Kollektor an die Basis von Q 1 . So Q 2 's Basis (es ist gesättigt, also β 2 ≈ 10 ) erfordert nur 80 mA β 2 = 10 ≈ 1 mA . So viel Strom kann von den meisten MCU-I/O-Pins geliefert werden. Die Schaltung auf der rechten Seite kann also sehr wahrscheinlich zufriedenstellend funktionieren. Die einzige Frage ist, dass die kombinierte Kollektorspannung etwas höher ist, sodass ein neues Problem auftreten kann (oder auch nicht). (Dies hängt von der Art der Last und den tatsächlichen Anforderungen ab.)

und ich habe gehört, dass wir es nicht als gemeinsame Basis verwenden. Warum das?

Die Konfiguration mit gemeinsamer Basis hat eine niedrige Eingangsimpedanz, und die Basis ist normalerweise mit einer Spannungsquelle oder einem Kondensator ausreichender Größe verbunden, damit sie ausreichend nahe an der Spannungsquelle wirkt. Die Reduzierung des Basisrekombinationsstroms tritt in diesen Fällen einfach nicht als wichtiger Faktor auf.

Es gibt andere Nachteile (und auch Fälle, in denen ein Darlington tatsächlich in der gemeinsamen Basiskonfiguration verwendet wird.) Aber unterm Strich haben gemeinsame Basiskonfigurationen Prioritäten, die nicht durch eine Darlington-Anordnung gelöst werden und tatsächlich oft komplizierter sind indem man einen verwendet.

Warum entwickeln wir nicht einfach ein BJT mit hohem Beta-Wert, anstatt diese Struktur zu verwenden?

Es gibt BJTs mit hohem Beta-Wert. Zum Beispiel ist der DSC2A01 ein einzelner BJT mit einem ziemlich hohen β Wert.

Es gibt praktische Einschränkungen. Wenn Sie beispielsweise die Basis schmaler machen, erhöht sich dies β da beim Übergang vom Kollektor zum Emitter eine geringere Wahrscheinlichkeit für eine Rekombination besteht. Dadurch verschlechtert sich aber auch der Early Effect.

Ich höre an dieser Stelle auf. Wie ich schon sagte, Sie haben eine Menge Fragen zusammengestapelt, und ich habe mich entschieden, so viele zu nehmen, die in direktem Zusammenhang miteinander stehen, wie ich es für möglich halte. Die restlichen sind wirklich Teil eines anderen Themas.

1. Warum verwenden wir ein Darlington-Paar?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das Darlington-Paar kann als neuer Einzeltransistor mit veränderten Parametern angesehen werden.

  • Der dynamische Eingangswiderstand ist ziemlich hoch: hie,D=2*hie,1

  • Der „Beta-Faktor“ (hfe) ist groß: hfe,D=hfe,1*hfe,2

  • Die Verstärkung (Steilheit) wird reduziert: gm,D=0,5*gm,2 .

Beispiel :

Gemeinsame Emitter-Verstärkungsstufe mit Verstärkung A=-100 (Kollektorwiderstand Rc=1k, keine negative Signalrückkopplung)

Transistoren: hfe,1=100 und hfe,2=50 ;

Erforderliche Steilheit: gm,D=0,1 A/V (A=-gm,D*Rc=-0,1*1000=-100) ;

Q2: gm,2=2*gm,D=0,2A/V und Ic,2=VT*gm,2=5mA;

Q1: Ic1=Ic,2/hfe,2=0,1mA und gm,1=4mA/V und hie,1=hfe,1/gm,1=25 kOhm :

Darlington-Eingangswiderstand : hie,D=2*hie,1= 50 kOhm

Vergleich mit einer einzelnen Transistorstufe (hfe=100; gleiche Verstärkung A=-100):

Erforderliche Transkonduktanz (wie bisher): gm = 0,1 A/V

Eingangswiderstand : hie=hfe/gm=100/0,1= 1 kOhm .

Ergebnis : Bei gleicher Verstärkung (A=-100) ist der Eingangswiderstand am Basisknoten der Darlington-Kombination viel größer als bei einem einzelnen Transistor (Beispiel: Faktor 50). Dies ist die wichtigste Eigenschaft des Darlington-Verbindungstransistors.

Darlington als CB
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