Darlington電晶體原理討論

ysc

在另一篇有討論到Darlington飽和電壓問題，為了不偏離主題所以另開此文討論，以下觀點若有錯誤歡迎指正。


上圖是典型的達林頓電路，兩電晶體共集極為其特色，也因為是共集極才會有無法完全飽和的現象。
整體β值看起來，是βQ1*βQ2，所以等效電流放大倍率非常大，不過要注意的是驅動級Q1集極是與輸出級Q2接在一起的，若是Q2進入完全飽和區（Vce約0.3V）時，則Q1就不會有IC1產生，要有IC1產生必須符合VceQ2大於或等於VceQ1(飽和)+VbeQ2，這個值大約1V附近。

以正常達林頓型態動作時，Q2是不可能完全飽和的，因為完全飽和Q1就無法發揮「幫流」的功能（原因如前所述），當VceQ2過低時，IC1會減少，這也導致IB2減少，所以VceQ2就會上升，反之，當VceQ2過高時，IC1就會增加，連帶的IB2也會增加，因此VceQ2就會下降，最後VceQ2會達到一個平衡點，這個點電壓會多少？這要看IB1、IC電流值而定，可以確定的是Q2不會工作在完全飽和區。

達林頓電路有一個例外狀況會讓Q2進入飽和區，那也就是IB1要夠大，大到IB1*βQ2還大於IC，這時IB1=IB2，而Q1則沒發揮該有的功能，真的變成兩個背向對接的二極體.......不過用達林頓晶體的目的就是要以小電流控制大電流，當有那麼大的IB可以驅動時，那用一般單一顆電晶體就好了。

34063是個很好對照的例子，34063輸出電晶體也是類似達林頓結構，差別在於兩個電晶體集極沒有接在一起，是分別從2支腳出PIN，以適應不同電路型態需求，作為降壓電路時，電晶體工作在高端，這時沒得選只能接成標準達林頓，作為升壓時，電晶體工作在低端，驅動級集極另以電阻接到電源電壓，這兩種差異也讓輸出損失差異很大，升壓型態效率反而比較高，因為輸出電晶體可以工作在完全飽和區。

scottwang

建議你先把連結的那一篇再看仔細,再去做實驗,這樣才不會只是理論,把電壓電流的實驗數據記錄下來,再去對照你現在所說的數據,這樣你才會有驚奇.

ysc

scottwang 發表於 2011-11-12 01:42 PM static/image/common/back.gif
建議你先把連結的那一篇再看仔細,再去做實驗,這樣才不會只是理論,把電壓電流的實驗數據記錄下來,再去對照你 ...

您在喬治查爾斯那篇文我在昨天晚上就看過了，今早起床又看了一次，剛剛又仔細看了一遍，幾經思考才另開此文.....

其實您文章中oldhan已經指出問題的重點了，也就是負載太輕或是輸入電流不夠小，單以輸入電流來驅動輸出電晶體就足以讓輸出電晶體飽和，這種情況下驅動級當然無用武之地......

其實這現象很單純，只是scott大您思考得太複雜了，就像單一顆電晶體假設β=100，當IB=10mA時，C集電流就一定是1000mA？哪倒未必，因為也要看電源、負載組抗等因素，所謂的1000mA是指有能力沈入這麼大的電流，當電源為12V負載為1kΩ時，C集電流也不過是12mA而已(忽略Vce壓降)，難道這也能說理論與實際不符？

達林頓電流放大倍率也是相同的道理，是指最大、有能力的數據，而不是隨意搭配負載也要符合理論值。

大家純技術討論，沒有筆戰的意思喔～～達林頓電晶體已經存在幾十年了，若真的與事實不符那大廠應該早就停產了，所謂真相越辯越明，藉由討論導正思考的盲點，這也是網路論壇最大的功用。

scottwang

ysc 發表於 2011-11-12 02:41 PM static/image/common/back.gif
您在喬治查爾斯那篇文我在昨天晚上就看過了，今早起床又看了一次，剛剛又仔細看了一遍，幾經思考才另開此 ...

>大家純技術討論，沒有筆戰的意思喔.
喬治那邊也沒筆戰,當然也沒要跟你筆戰,我們都只是想消除或減少一些死角而已.

為什麼要你再看仔細,因為連結裡還有連結,而連結裡還有連結的電路,那是很重要的.

oldhan他只是說明達靈頓的一般放大情形而已,而我的重點在於為什麼像ULN2003達靈頓設計用於做driver,buffer等重負荷時,其效用比單一個電體體差,當初為何會有這樣的設計,因為兩個電晶體的非達靈頓,反而比較好.

ysc

scottwang 發表於 2011-11-12 04:06 PM static/image/common/back.gif
>大家純技術討論，沒有筆戰的意思喔.
喬治那邊也沒筆戰,當然也沒要跟你筆戰,我們都只是想消除或減少一些 ...

[重點在於為什麼像ULN2003達靈頓設計用於做driver,buffer等重負荷時,其效用比單一個電體體差,當初為何會有這樣的設計,因為兩個電晶體的非達靈頓,反而比較好.]------重點就在這裡了，當可以用單顆電晶體當開關時，那當然不必要使用達林頓結構......會使用達林頓是因為驅動電流小，想使用小電流來控制大電流。

再強調一次，達林頓驅動級的電流是來是共接的C極，是這個因素讓輸出級Vce降不下來，但共C極可以讓達林頓跟一般電晶體一樣只有三支腳。

當然可以使用兩顆電晶體但不要接成達林頓結構，也就是驅動級的C獨立拉出來，這樣就可以讓輸出級完全飽和，但如此一來就要4 支接腳，這已不是標準電晶體包裝外型了，電子元件會演化成現在這樣子，也是有歷史傳承的。

再說，ULN系列為何不將輸出兩電晶體分離？驅動級C極串個電阻接在V+腳就好啦，就沒現在討論的問題了，問題是不管用電阻或電流源都有功率消耗問題，而且V+工作電壓是多少也不是定數，乾脆讓這問題留在輸出級，至少輸出級本來就需要考慮散熱。

這問題不只ULN系列是如此，像TIP122這種單顆達林頓，或是以兩顆電晶體組成的達林頓都有相同的問題，就看應用場合能不能忍受較高的Vce，可以忍受就可享受達林頓的簡單優點，不能忍受就要負擔較多的電路元件，要不要選用端看設計者的觀點。

達林頓高β值是存在的事實，如果達林頓驅動級只是兩顆背對背相接的二極體......那規格書上所寫輸入電阻2.7KΩ輸入電壓為3V時（IB=1.11mA），輸出能力是300mA，那輸出級β值豈不是270以上？這不可能吧！