Darlington transistor

โดย : Admin

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน (Darlington transistor)  คืออะไร ?

 

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน (Darlington transistor) เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่รวมเอาทรานซิสเตอร์แบบไบโพล 2 ตัวแบบเดียวกัน มาเชื่อมต่อแบบ tandem (มักจะเรียกว่า คู่ดาร์ลิงตัน; darlington pair) ให้เป็นอุปกรณ์ตัวเดียวกัน   โดยใช้หลักเอาวงจรขยายกระแสซ้อนวงจรขยายกระแส  โดยวิธีการนำเอาอัตราการขยายกระแสที่ได้จากทรานซิสเตอร์ตัวแรกมาเป็นสัญญาณไบอัสให้กับกับโดยทรานซิสเตอร์ตัวที่สองอีกทอดหนึ่ง   ซึ่งก็จะทำให้มีอัตราขยาย (gain) รวม(beta หรือ hFE) ที่สูงมากและกินเนื้อที่น้อยกว่าการใช้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัวแยกวงจรออกจากกันถึงแม้จะเชื่อมต่อแบบเดียวกัน   (แต่อย่างไรก็ตามการใช้ทรานซิสเตอร์แยกกันสองตัวในวงจรจริงยังพบได้ทั่วไป แม้ว่าจะมีอุปกรณ์รวมในชิ้นเดียวกันแบบนี้แล้วก็ตาม)


****  การจัดทำทรานซิสเตอร์แบบนี้ เป็นผลงานการคิดค้นของซิดนีย์ ดาร์ลิงตัน (Sidney Darlington) แนวคิดในการเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ 2 หรือ 3 ตัวมาเป็นชิปตัวเดียวกันนั้นเขาได้จดสิทธิบัตรเอาไว้แล้ว แต่ทั้งนี้ไม่รวมถึงแนวคิดการจับรวมทรานซิสเตอร์จำนวนใดๆ มาไว้บนชิปเดียวกัน ซึ่งในกรณีนั้นถือว่าครอบคลุมหลักการไอซีสมัยใหม่ทั้งหมด


สำหรับการจัดวงจรทรานซิสเตอร์ที่คล้ายกันนี้ โดยมีการใช้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ที่มีชนิดต่างกัน (คือ NPN กับ PNP) จะเรียกว่าคู่ Sziklai pair หรือบางครั้งก็เรียกว่าคู่ดาร์ลิงตันพิเศษ (Darlington pair)


คุณสมบัติของวงจร

ทรานซิสเตอร์แบบคู่ดาร์ลิงตันนั้นทำงานเหมือนทรานซิสเตอร์ตัวเดียวที่มีอัตราขยายกระแสสูงมาก อัตราขยายรวมของทรานซิสเตอร์แบบดาร์ลิงตันนั้น เท่ากับผลคูณของอัตราขยายของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวดังนี้

    β _Darlington = β 1 × β 2 

ในปัจจุบันอุปกรณ์สมัยใหม่โดยทั่วไปจะมีอัตราขยายสูงถึง 1,000 หรือมากกว่านี้ ดังนั้นเมื่อมีการารนำวงจรขยายแบบดาร์ลิงตันมาใช้งานแทนก็จะทำให้มีความต้องการกระแสเบสที่มีค่าน้อยน้อยมากเมื่อเทียบกับวงจรขยายแบบเดิมๆที่ใช้ทรานซิสเตอร์สองตัวมาแยกต่อเพื่อทำให้เกิดการทำงานเหมือนกับวงจรดาร์ลิงตัน

 ส่วนลักษณะของอุปกรณ์รวมวงจรทั่วๆไปนั้นจะประกอบด้วย  3 ขา คือ B, C และ E  ดังรูปแสดงในตัวอย่าง




สำหรับแรงดันเบส-อีมิตเตอร์นั้นก็สูงกว่า โดยมีค่ารวมเท่ากับผลรวมของแรงดันเบส-อีมิตเตอร์ทั้ง 2 ดังนี้

    V _BE = V _BE1 + V _BE2

ข้อด้อยของการต่อแบบดาร์ลิงตัน

จากหลักการที่กล่าวมา  การจะให้วงจรนี้ทำงานได้นั้น ก็จะต้องมีแรงดันประมาณ 0.6 โวลต์ตกคร่อมระหว่างขาเบสและอีมิตเตอของทรานซิสเตอร์ทั้งสอง 2  ที่ต่อเป็นแบบอนุกรมกัน     ดังนั้นมันจึงจะต้องใช้แรงดันมากกว่า 1.2 โวลต์เพื่อจะทำให้วงจรนี้ทำงาน นอกจากเมื่อวงจรนี้ทำงานและจ่ายกระแสไฟฟ้าสูงๆหรือเต็มพิกัด ก็จะมีแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเท่ากับ 0.6 โวลต์   ซึ่งก็จะทำให้เกิดการสูญเสียกำลังเป็นความร้อนมาก

ข้อด้อยอีกอย่างหนึ่งของทรานซิสเตอร์แบบคู่ดาร์ลิงตัน ก็คือความเร็วในการสวิตช์จะช้า เนื่องมาจาก ทรานซิสเตอร์ตัวแรกไม่สามารถจ่ายกระแสได้อย่างรวดเร็วไปยังขาเบสของทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง 

ส่วนช่วงการออฟหรือหยุดการทำงานหรือปิดสวิตซ์ก็จะช้าด้วย   ซึ่งการแก้ปัญหาดังกล่าวก็มักจะใช้ตัวต้านทานค่าราว 200 โอห์มทำการต่อระหว่างขาเบาและอีมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง ซึ่งก็ทำให้ใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันนี้จึงมักจะมีตัวต้านทานแบบนี้รวมอยู่ด้วย

นอกจากนี้แล้ว มันยังมีการเปลี่ยนเฟสที่มากกว่าทรานซิสเตอร์เดี่ยวๆ และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีเสถียรภาพกับแรงดันป้อนกลับแบบลบเป็นอย่างมาก

ในปัจจุบันทรานซิสเตอร์แบบคู่ดาร์ลิงตันนั้นมักจะทำจำหน่ายเป็นอุปกรณ์สำเร็จเป็นแพจเกจสำเร็จรูป  แต่เราอาจสร้างคู่ดาร์ลิงตันขึ้นเองก็ได้ โดยใช้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ให้ Q1  อาจเป็นทรานซิสเตอร์กำลังต่ำ และ Q2 เป็นแบบกำลังสูง กระแสคอลเลกเตอร์สูงสุด หรือ IC(max) สำหรับคู่ดาร์ลิงตันนี้จะเท่ากับ IC(max) ของ Q2



ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันที่มีจำหน่ายโดยทั่วไป คือเบอร์ 2N6282 ซึ่งมีอัตราขยายกระแส 2,400 ที่กระแสคอลเลกเตอร์ 10 แอมแปร์ และมีรีซิสเตอร์สำหรับปิดสวิตช์ด้วย


 
ตัวอย่างการใช้งานวงจรดาร์ลิงตันในการควบคุมความเร็วของดีซีมอเตอร์

ตัวอย่างวงจรดาร์ลิงตัน ที่ต่อวงจรโดยใช้เซ็นเซอร์แสงเป็นตัวควบคุมการทำงาน และนำเอาท์พุทไปขับรีเลย์

 

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)