¿Por qué se utilizan los transistores NPN Darlington para hundir la corriente?

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Noté que los transistores NPN Darlington se usan comúnmente para hundir corriente. ¿No tendría más sentido usar PNP para este propósito? Esto evitaría desviar la corriente de carga a través de ambas uniones a la vez. De acuerdo, podríamos querer compartir la corriente entre dos transistores; pero en ese caso, tenga en cuenta que el segundo transistor todavía está llevando la carga completa (la mitad a través de la ruta CE y la otra mitad a través de la ruta BE).

De hecho, ¿por qué los transistores se usan más comúnmente para la corriente de hundimiento? en lugar de conducirlo? Nunca he entendido eso.

Ejemplo 1

En el ejemplo anterior, parece más sensato (1) colocar la carga debajo del transistor; (2) usar un PNP Darlington; o incluso mejor (3) use un par PNP complementario como se muestra aquí:

Ejemplo 2

EDITAR:

Para aclarar, una de las preguntas que hago es: ¿Por qué no podemos colocar este transistor NPN como está sobre la carga? O, para el caso, ¿colocar un PNP Darlington debajo de la carga? Y también, ¿por qué existen los Darlingtons, cuando un par complementario parece ser una solución más limpia?

Sod Todopoderoso
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Parece pensar que compartir la corriente es una (o incluso la ) función de un darlington, pero no lo es. La función principal es tener una amplificación de corriente muy alta (Beta).
Wouter van Ooijen
@WoutervanOoijen Simplemente mencioné compartir la corriente como un aparte.
Sod Todopoderoso
Incluso como algo aparte, está mal. En circunstancias normales, la corriente a través de Q1 es mucho más baja que a través de Q2 (por un factor de la Beta de Q2). Por lo tanto, Q1 puede optimizarse para una alta Beta / baja corriente, mientras que Q2 puede optimizarse para una mayor corriente, lo que a menudo significa una Beta más baja.
Wouter van Ooijen
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Si coloca la carga debajo del transistor, ¿cómo obtiene suficiente corriente en la base del primer transistor? ¿Qué voltaje necesitarías?
David Schwartz
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@SodAlmighty Es para situaciones donde la corriente base es mucho más pequeña que la corriente de carga. Por lo tanto, cualquier cosa que haga que sea aún más difícil hacer funcionar la corriente base no es algo bueno.
David Schwartz

Respuestas:

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Los interruptores de carga que se hunden con un darlington NPN permiten que la señal de control sea una señal referenciada a GND. Si utiliza interruptores de abastecimiento de lado alto, lo más típico es que la señal de control necesite traducción a un dominio de señal referenciada a GND.

En estos días, cuando las MCU controlan casi todo, los pines GPIO en dichos dispositivos son señales referenciadas a GND. Por lo tanto, debería ser obvio por qué muchos conmutadores de carga usan los componentes de tipo de sincronización con una entrada referenciada a GND.

Michael Karas
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Estoy de acuerdo, esta es la razón principal, además de que NPN BJT y N ch FET tienen mejor "resistencia". Los Darlington de PNP o NPN están "bien" pero si la carga necesita cambiar directamente a los rieles, entonces un MOSFET es sustancialmente más efectivo.
Andy alias
De acuerdo, bueno, sin saber qué es un MCU, o ser un experto en electrónica como usted evidentemente lo es, no lo llamaría "obvio" en absoluto.
Sod Todopoderoso
MCU es una "Unidad de microcontrolador", un chip de procesador modificado con controles de señal originales (también conocido como GPIO = "Entrada / salida de propósito general") y otros módulos periféricos en chip. Encontrará MCU en tostadoras en estos días, y mucho menos en cualquier otro lugar. Las buenas hojas de datos de MCU generalmente tienen algún tipo de referencia de circuitos externos para guiarlo, por lo que le recomiendo buscar algunas de ellas (por ejemplo, www.microchip.com, www.freescale.com) si está interesado en llevar esto más allá .
greenbutterfly
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Con respecto al uso de NPN en lugar de PNP, la respuesta de Michael Karas es correcta: desea señales de control con referencia a tierra porque los transistores de tipo N generalmente tienen mejores características que los equivalentes de tipo P.

Con respecto a otras partes de su pregunta: los Darlington no comparten la corriente entre los dos transistores 50-50. El lugar donde la señal de entrada llega a la base transporta tal vez el 1% de la corriente a través de ella (suponiendo una beta de 100; la mayoría de los NPN de circuitos integrados tienen betas mucho más altas (~ 250), por lo que el porcentaje es aún más bajo). Por lo tanto, el otro transistor transporta más del 99% de la corriente accionada.

Esto es algo bueno, no malo. Los pares Darlington integrados se configuran en un diseño físico con un diferencial de tamaño significativo, de modo que el transistor de accionamiento principal tiene un área de unión mucho más grande que el primero, lo que permite una CE de resistencia mucho menor para corrientes de accionamiento más bajas y una capacidad de manejo de corriente máxima mucho más alta. Esto es sin la necesidad de emparejar múltiples transistores en paralelo, lo que puede causar una división de corriente desigual debido a las diferencias del dispositivo, incluso en los circuitos integrados.

Por último, los Darlington de NPN pueden construirse fácilmente en un circuito integrado de manera efectiva como un único metatransistor; comparten la misma región de colector pero tienen diferentes regiones de base / emisor incrustadas (con la diferencia de tamaño que mencioné anteriormente). Conectar el emisor del más pequeño a la base del más grande es bastante trivial. Estoy bastante seguro de que esto es lo que se hace en los arreglos integrados de Darlington múltiple, por ejemplo, la serie ULN2k (ya no tengo los detalles de acceso, pero sí vi algo de esto cuando hice mis estudios en estas cosas).

mariposa verde
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Eso tiene sentido. Sin embargo, no veo por qué no podrías usar un NPN Darlington por encima de la carga ...
Sod Almighty
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@Sod: puede conducir una carga con el NPN Darlington por encima de la carga, pero luego la señal de control debe oscilar desde cerca de GND hasta al menos 1,4 voltios por encima del voltaje que desea aplicar a la carga. Si puede suministrar eso, entonces todo está bien. Pero en muchos casos es más fácil si la entrada de control es una señal más simple que oscila desde GND hasta el voltaje de ENCENDIDO nominal del Darlington sin tener en cuenta el voltaje con el que opera la carga.
Michael Karas
@MichaelKaras, también debe tener cuidado con el voltaje del emisor-colector en el transistor de entrada al obtener corriente de esta manera; Si IIRC empuja el Vce del transistor de accionamiento demasiado bajo, puede apagar el transistor de entrada invirtiendo sus terminales C y E efectivos. Por lo tanto, las fluctuaciones de voltaje en el nodo emisor podrían hacer que el Darlington se encienda y apague por al menos dos razones diferentes. Es por eso que no es aconsejable usar NPN para obtener corriente.
greenbutterfly
@greenbutterfly Me temo que no entendí nada de eso. ¿Por qué el voltaje CE sería diferente si lo coloca por encima de la carga, como si lo colocara debajo? Y ... ¿invirtiendo las terminales?
Sod Todopoderoso
@MichaelKaras Gracias, su explicación ayuda a aclarar la respuesta original.
Sod Todopoderoso
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En la configuración de Darlington, la corriente base del transistor más grande ayuda a impulsar la carga y se autorregula. Si uno necesita manejar una carga de 10 amperios y quiere evitar asumir una beta mayor que 40, tendrá que ser capaz de manejar la base del transistor grande con 250 mA. Para obtener esos 250 mA, uno necesitaría manejar la base del pequeño transistor con 7 mA. Usando una configuración de Darlington, si la carga consume 10A, 9.75A fluirá a través del colector del transistor grande y 250 mA fluirá a través del transistor pequeño hacia la base del grande. Los 7 mA conducidos a la base del pequeño transistor se "desperdiciarán". Si la carga cayera a 10 mA, la base del pequeño transistor seguiría consumiendo 7 mA, que pasaría por la base del transistor grande,

En la mayoría de las otras configuraciones, disponer que el transistor grande tenga 250 mA disponibles en su base cuando sea necesario implicaría que se alimentarían 250 mA a la base del transistor grande, incluso cuando no fuera necesario. En los casos en que se sabe que la carga requiere 10A, eso no sería un problema, pero en los casos en que la carga puede requerir algo de 10uA a 10A, desperdiciar 250mA en momentos en que la carga requiere 10mA puede ser indeseable.

Super gato
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Interesante, pero no relacionado con mi pregunta real.
Sod Todopoderoso
@SodAlmighty: La pregunta era, en parte, por qué se usan pares Darlington en lugar de pares complementarios, ¿no es así? Las razones para el hundimiento en lugar de la fuente de corriente en general no están relacionadas con el uso de un Darlington, excepto que el uso de un Darlington NPN para obtener corriente tendría una mayor caída de voltaje en relación con el voltaje base que el uso de un solo transistor NPN.
supercat
No veo por qué un par complementario desperdiciaría más corriente que un Darlington; dado que la corriente CE del transistor de entrada, en ausencia de corriente de carga, sería cero. Además, no veo por qué la caída de voltaje es menos relevante debajo de la carga que por encima de ella.
Sod Todopoderoso
@SodAlmighty: en la mayoría de los circuitos con transistores complementarios, el emisor del transistor que impulsa la base del transistor de potencia se conectará al riel de alimentación en lugar de al colector del transistor de potencia. Si se intenta utilizar un par complementario con una entrada NPN y una salida PNP para una transmisión lateral alta de manera similar a un seguidor de emisor Darlington NPN, el comportamiento parece mayormente razonable, pero a medida que la entrada llega al riel positivo, la porción de corriente que pasa por la entrada el transistor subirá, posiblemente excediendo sus límites.
supercat
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A partir de sus propios diagramas, debería poder ver por sí mismo que el circuito inferior necesita acceso al riel de alimentación, mientras que el interruptor del lado bajo puro se puede empaquetar previamente sin necesidad de esa conexión.

Olin Lathrop
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¿Por qué no asumes que no sé de qué estoy hablando y explicas a qué te refieres? Además, tal como lo veo, el circuito inferior necesita acceso al riel neutral; pero el punto C va a la carga, no al riel + V.
Sod Todopoderoso