O transistor Darlington é uma conexão bem conhecida e popular usando um par de transistor de junção de transistor bipolar (BJT), projetado para operar como um transistor unificado “superbeta” transistor. O diagrama a seguir mostra os detalhes da conexão.
Definição
Um transistor Darlington pode ser definido como uma conexão entre dois BJTs que lhes permite formar um único BJT composto adquirindo uma quantidade substancial de ganho de corrente, que pode variar além de milhares normalmente.
A principal vantagem desta configuração é que o transistor composto se comporta como um único dispositivo tendo um ganho de corrente aumentado equivalente ao produto dos ganhos de corrente de cada transistor.
Se a conexão Darlington for composta por dois BJTs individuais com ganhos de corrente β1 e β2 o ganho de corrente combinado pode ser calculado usando a fórmula:
βD = β1β2 ——– (12,7)
Quando transistores combinados são usados em uma conexão Darlington de tal forma que β1 = β2 = β , a fórmula acima para o ganho de corrente é simplificada como:
βD = β2 ——– (12,8)
Transistor Darlington embalado
Devido à sua imensa popularidade, os transistores Darlington também são fabricados e estão disponíveis prontos em um único pacote que possui dois BJTs conectados internamente como uma unidade.
A tabela a seguir fornece a folha de dados de um exemplo de par Darlington em um único pacote.
O ganho de corrente indicado é o ganho líquido dos dois BJTs. A unidade vem com 3 terminais padrão externos, ou seja, base, emissor, coletor.
Este tipo de transistores Darlington empacotados tem recursos externos semelhantes a um transistor normal, mas têm uma saída de ganho de corrente muito alta e aprimorada, em comparação com os transistores simples normais.
Como DC Bias um circuito de transistor Darlington
A figura a seguir mostra um circuito Darlington comum usando transistores com um ganho de corrente muito alto βD.
Aqui a corrente de base pode ser calculada usando a fórmula:
euB = VCC – VESTAR /RB + βDRE ————– (12,9)
Embora isso possa parecer semelhante à equação que é normalmente aplicada para qualquer BJT regular, o valor βD na equação acima será substancialmente maior, e o VESTAR será comparativamente maior. Isso também foi comprovado na ficha técnica de amostra apresentada no parágrafo anterior.
Portanto, a corrente do emissor pode ser calculada como:
euE = (βD + 1) euB ≈ βDeuB ————– (12.10)
A tensão CC será:
VE = euE RE ————– (12.11)
VB = VE + VESTAR ————– (12.12)
Exemplo Resolvido 1
A partir dos dados fornecidos na figura a seguir, calcule as correntes e tensões de polarização do circuito de Darlington.
Solução: Aplicando a Eq.12.9 a corrente de base é determinada como:
euB = 18 V – 1,6 V / 3,3 MΩ + 8000(390Ω) ≈ 2,56 μA
Aplicando a Eq.12.10, a corrente do emissor pode ser avaliada como:
euE ≈ 8000(2,56 μA) ≈ 20,28 mA ≈ IC
A tensão DC do emissor pode ser calculada usando a equação 12.11, como:
VE = 20,48 mA(390Ω) ≈ 8 V,
Finalmente, a tensão do coletor pode ser avaliada aplicando a Eq. 12.12, conforme indicado abaixo:
VB = 8 V + 1,6 V = 9,6 V
Neste exemplo a tensão de alimentação no coletor do Darlington será:
VC = 18 V
Circuito Darlington Equivalente AC
Na figura mostrada abaixo, podemos ver um circuito seguidor de emissor BJT conectado no modo Darlington. O terminal base do par é conectado a um sinal de entrada CA através do capacitor C1.
O sinal CA de saída obtido através do capacitor C2 está associado ao terminal emissor do dispositivo.
O resultado da simulação da configuração acima é apresentado na figura a seguir. Aqui o transistor Darlington pode ser visto substituído por um circuito equivalente CA com uma resistência de entrada reu e uma fonte de saída de corrente representada como βDeub
A impedância de entrada CA pode ser calculada conforme explicado abaixo:
Corrente de base ac passando reu é:
eub = Veu – Vo /reu ———- (12.13)
Desde
Vo = (eub + βDeub)RE ———- (12.14)
Se aplicarmos a Eq 12.13 na Eq. 12.14 temos:
eub reu = Veu – Vo = Veu – EUb (1 + βD)RE
Resolvendo o acima para Veu :
Veu = eub[ri + (1 + βD)RE]
Veu / EUb = reu + βDRE
Agora, examinando a base do transistor, sua impedância de entrada CA pode ser avaliada como:
Zeu = RB ॥ reu + βDRE ———- (12.15)
Exemplo Resolvido 2
Agora vamos resolver um exemplo prático para o projeto de seguidor de emissor equivalente AC acima:
Determine a impedância de entrada do circuito, dado reu = 5 kΩ
Aplicando a Eq.12.15 resolvemos a equação conforme abaixo:
Zeu = 3,3 MΩ ॥ [5 kΩ + (8000)390 Ω)] = 1,6 MΩ
Projeto prático
Aqui está um projeto prático de Darlington conectando um transistor de potência 2N3055 com um transistor BC547 de pequeno sinal.
Um resistor de 100K é usado no lado de entrada do sinal para reduzir a corrente para alguns milamperes.
Normalmente com uma corrente tão baixa na base, o 2N3055 sozinho nunca pode iluminar uma carga de alta corrente, como uma lâmpada de 12V 2 amp. Isso ocorre porque o ganho de corrente do 2N3055 é muito baixo para processar a baixa corrente de base em alta corrente de coletor.
No entanto, assim que outro BJT que é um BC547 aqui é conectado com 2N3055 em um par Darlington, o ganho de corrente unificado salta para um valor muito alto e permite que a lâmpada brilhe com brilho total.
O ganho médio de corrente (hFE) de 2N3055 é de cerca de 40, enquanto para BC547 é de 400. Quando os dois são combinados como um par Darlington, o ganho sobe substancialmente para 40 x 400 = 16000, incrível não é. Esse é o tipo de energia que podemos obter de uma configuração de transistor Darlington, e um transistor de aparência comum pode ser transformado em um dispositivo de alta classificação apenas com uma simples modificação.
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FONTE
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