составной транзистор

Сидни Дарлингтон хорошо известен в мире электроники и схемотехники. Ему приписывают открытие и первоначальную демонстрацию в начале 1950-х годов того, что с тех пор стало известно, как транзистор Дарлингтона или пара Дарлингтона.

Предпосылки изобретения

Ранние кремниевые транзисторы страдали низкими значениями коэффициента усиления по току с общим эмиттером и большинство вариаций могли варьироваться от 5 до 15 для хороших образцов кремниевых транзисторов с выращенным переходом. 

Данные этих неидеальных активных элементов приносили конструкторам трудности при проектировании электронных схем, что касается достаточно стабильного и равномерного общего прироста. 

Очень не хватало транзисторов с большим коэффициентом усиления по току, чтобы можно было использовать отрицательную обратную связь, пожертвовав некоторым усилением схемы, чтобы стабилизировать общую производительность цепи при изменении условий эксплуатации и характеристики транзистора. 

Сид Дарлингтон понял эту инженерную проблему в то время и обнаружил, что биполярные транзисторы можно объединить в одной схеме, и что по сути любое количество таких компонентов может быть помещено в один составной корпус.

Схема и применение пары Дарлингтона

На рисунке ниже показана принципиальная схема с транзисторами, которые соединены как пара транзисторов Дарлингтона. 

Показанные на схеме резисторы не являются обязательными, но обычно включаются для независимого расчета токов смещения, и чтобы сократить время, необходимое для отключения проводящей пары. Они уменьшают коэффициент усиления по току, особенно при малых токах. 

Если пренебрегаем током, протекающим в резисторах, и определяем коэффициент усиления по току с общим эмиттером как для одного транзистора, простой анализ показывает, что общий постоянный ток или коэффициент усиления тока по частоте для пары Дарлингтона существенно выше, но лишь на низких частотах. Разработчики электронных схем приветствовали это улучшение. 

Транзисторы данного типа получили применение:

• в чувствительных сенсорных устройствах, таких как сенсорная панель;
• в приложениях с высокими токовыми требованиями;
• в двигателях и реле, где управление осуществляется на базе компьютера;
• в схемах усиления, где требуется высокий коэффициент усиления.

Недостатки пары Дарлингтона

К сожалению, высокочастотный анализ показывает, что составной транзистор имеет гораздо больший фазовый сдвиг, чем у отдельного транзистора. Усилительный каскад обычно безусловно стабилен при отрицательных применениях обратной связи, но это не относится к однокаскадному усилителю с использованием пары Дарлингтона. 

То есть, обычные двухкаскадные усилители на транзисторах с общим эмиттером более стабильны с отрицательной обратной связью, чем однокаскадные усилители, использующие отечественный транзистор Дарлингтона. Таким образом, приложения со сдвоенными транзисторами в основном пригодны для применения в некритических цепях, не требующих использования обратной связи. 

Другим ограничением является то, что минимальное падение напряжения через устройство при проводке должно быть больше чем напряжение база-эмиттер (около 0,8 В) второго транзистора. При переключении больших токов теряется мощность и это падение напряжения может стать проблемой. Соответствующее падение напряжения для простого транзисторного ключа с общим эмиттером равно около 0,2 В.