زوج دارلینگتون به همراه مثال - بخش دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در ادامه بخش دوم مقاله زوج دارلینگتون به همراه مثال معرفی می شود.

 

ترانزیستور زیکلای

برای غلبه بر پاسخ کند، افت ولتاژ زیاد و گرمای ترانزیستور دارلینگتون، می‌توان از تزانزیستور‌های مکمل NPN و PNP با آرایش آبشاری یا همان متوالی استفاده کرد و یک ترانزیستور دیگر، به نام زوج زیکلای (Sziklai Pair) ساخت.

زوج زیکلای به افتخار مخترع آن، جرج کلیفورد زیکلای (George Clifford Sziklai)، نامگذاری شده است و مکملی برای زوج دارلینگتون است. زوج زیکلای از دو ترانزیستور NPN و PNP متصل به یکدیگر تشکیل شده است.

این ترکیب آبشاری یا متوالی دو ترانزیستور NPN و PNP در زوج زیکلای همان عملکرد زوج دارلینگتون را دارد، با این تفاوت که فقط به ۰.۶ولت برای روشن شدن نیاز است. ترانزیستور زیکلای، مانند ترانزیستور دارلینگتون بهره جریانی برابر با β۲برای ترانزیستور‌های منطبق یا مشابه دارد و اگر تزانزیستور‌های آن مشابه نباشند، بهره زیکلای برابر با حاصل‌ضرب بهره دو ترانزیستور خواهد بود.

شکل زیر پیکربندی زیکلای را نشان می‌دهد.



افت ولتاژ بیس-امیتر ترانزیستور زیکلای برابر با افت ولتاژ دیود یک ترانزیستور تنها است. البته زوج زیکلای نمی‌تواند در افت ولتاژ کمتری از یک دیود (یعنی ۰.۷ولت به جای ۰.۲ولت رایج) اشباع شود.

همچنین، مشابه زوج دارلینگتون، زوج زیکلای نیز پاسخ زمانی کندی نسبت به یک ترانزیستور معمولی دارد. ترانزیستور‌های مکمل زوج زیکلای معمولاً در طبقات خروجی تقویت‌کننده‌های پوش پول (Push-Pull) و تقویت‌کننده‌های صوتی کلاس AB به کار می‌روند.

آی‌سی‌های ترانزیستور دارلینگتون

در اغلب کاربرد‌های الکترونیکی، کنترل مدار برای سوئیچ یک ولتاژ یا جریان خروجی DC برای برخی قطعات مانند LED‌ها به فقط چند میلی‌آمپر برای کار در ولتاژ پایین نیاز دارد و می‌توان آن را مستقیماً با خروجی یک گیت منطقی استاندارد تأمین کرد.

البته گاهی توان بیشتری از یک گیت منطقی معمولی یا میکروکنترلر برای سوئیچ دستگاهی مانند یک موتور DC نیاز داریم. اگر قطعه دیجیتال نتواند جریان کافی را تأمین کند، آن‌گاه به مدار‌های اضافه نیاز خواهیم داشت.

یکی از تراشه‌های متداول ترانزیستور دارلینگتون آرایه ULN۲۰۰۳است. خانواده این آرایه‌های دارلینگتون از ULN۲۰۰۲A، ULN۲۰۰۳A و ULN۲۰۰۴Aتشکیل شده‌اند که همه، آرایه‌های دارلینگتونی با ولتاژ و جریان بالا هستند. هر کدام از این آرایه‌ها شامل هفت زوج دارلینگتون کلکتور باز هستند که در یک IC تعبیه شده‌اند.

آرایه دارلینگتون ULN۲۰۰۳A

ULN۲۰۰۳Aیک آرایه ترانزیستور دارلینگتون تک‌قطبی ارزان با بازده بالا و مصرف توان پایین است که برای راه‌اندازی بار‌های مختلفی مانند سلونوئیدها، موتور‌های DC و نمایشگر‌های LED یا لامپ‌های فیلمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. آرایه ULN۲۰۰۳A، مطابق شکل زیر، از هفت زوج دارلینگتون با یک پین ورودی در سمت چپ و یک پین خروجی در سمت راست تشکیل شده است.

درایور دارلینگتون ULN۲۰۰۳Aامپدانس ورودی و بهره جریان بالایی دارد که می‌تواند مستقیماً از یک TTL یا گیت منطقی +۵V CMOS درایو شود. برای منطق +۱۵V CMOS از ULN۲۰۰۴A و برای ولتاژ‌های سوئیچینگ بالاتر تا ۱۰۰V بهتر است از آرایه دارلینگتون SN۷۵۴۶۸استفاده کنیم.

وقتی به یک ورودی (پین‌های ۱تا ۷)، سیگنال HIGH اعمال می‌شود، خروجی متناظر با آن LOW شده و جریان می‌کشد. به طور مشابه، وقتی ورودی LOW باشد، خروجی متناظر با آن به یک وضعیت امپدانس بالا سوئیچ خواهد شد. این وضعیت OFF امپدانس بالا جریان بار را سد می‌کند و جریان نشتی را کاهش و بازده را بهبود می‌دهد.

پین ۸(GND) به زمین بار‌ها یا ۰ ولت وصل می‌شود، در حالی که پین ۹ (Vcc) به تغذیه بار‌ها متصل می‌گردد. در نتیجه، هر بار باید بین +Vcc و یک پین خروجی (پین‌های ۱۰ تا ۱۶) متصل شود. در بار‌های القایی مانند موتورها، رله‌ها و سولنوئیدها، پین ۹ همیشه باید به Vccمتصل گردد.

آی‌سی ULN۲۰۰۳Aقابلیت سوئیچینگ ۵۰۰ mA را در هر کانال دارد، اما اگر جریان سوئیچینگ بیشتری لازم باشد، می‌توان ورودی‌ها و خروجی‌های زوج‌های دارلینگتون را با یکدیگر موازی کرد. برای مثال، می‌توان پین‌های ورودی ۱ و ۲ و نیز پین‌های خروجی ۱۶ و ۱۵را به یکدیگر متصل و بار را سوئیچ کرد.

جمع‌بندی

ترانزیستور یا زوج دارلینگتون یک قطعه نیمه‌هادی با توان بالا است که اغلب ولتاژ و جریان بالاتری نسبت به یک ترانزیستور پیوندی سیگنال کوچک متداول دارد.

مقادیر بهره جریان DC ترانزیستور‌های توان بالای NPN و PNP نسبت به ترانزیستور‌های سوئیچینگ سیگنال کوچک نسبتاً کم و حدود ۲۰یا کمتر از آن است. این یعنی برای سوئیچ بار، به جریان‌های بزرگ بیس نیاز داریم.

آرایش دارلینگتون از دو ترانزیستور پشت به پشت تشکیل شده که یکی ترانزیستور حامل جریان اصلی و دیگری یک ترانزیستور سوئیچینگ بسیار کوچکتر است که جریان بیس ترانزیستور اصلی را تأمین می‌کند. در نتیجه، با یک جریان بیس کمتر می‌توان بار‌های بزرگ را سوئیچ کرد، زیرا بهره دو ترانزیستور در یکدیگر ضرب می‌شود. ترکیب دو ترانزیستور را می‌توان به عنوان یک ترانزیستور واحد در نظر گرفت که مقدار β. و در نتیجه مقاومت ورودی آن بزرگ است.

مشابه زوج دارلینگتون استاندارد PNP و NPN، زوج زیکلای نیز وجود دارد که از یک ترانزیستور NPN و یک ترانزیستور PNP تشکیل می‌شود. زوج زیکلای نسبت به زوج دارلینگتون مشابه خود، بازدهی بیشتری دارد.

آرایه‌های دارلینگتون مانند ULN۲۰۰۳Aنیز در دسترس هستند و قابلیت عملکرد در توان‌های بالا و یا بار‌های القایی مانند لامپ‌ها سولنوئید‌ها و موتور‌ها را برای درایو ایمن توسط میکروپروسسور و میکروکنترلر در کاربرد‌های رباتیک و مکاترونیک دارند.

 

منبع: فرادرس