達林頓管基礎知識及其應用電路分析

2021-02-19 電工電子技術

達林頓管(Darlingtontube)也稱複合管,即使用兩個三極體複合成一個三極體。一般大功率三極體的基極需要較大的電流來驅動,不能直接將小信號進行放大(小信號提供不了足夠的基極驅動電流),而達林頓管內部由兩個三極體組合而成,前級三極體將小電流放大後再驅動後級的三極體,這樣小電流也可以驅動大功率的達林頓管,由原理也可以看出,功率部分主要是由後級的三極體來承擔的。

達林頓管的主要複合方式有四種,如下圖所示:

                  

上圖中的hFE為相應三極體的直流電流放大倍數,為了簡便起見,我們將IC近似為IE,兩個三極體組合成達林頓管後的三極體類型與第一級的三極體相同,組合後的總直流放大倍數為hFE1×hFE2。

實際集成的達林頓管可能會類似下圖所示:

 

 

其中,電阻R1為限流電阻,這樣帶來的好處之一是,如果外部有單片機之類的處理器輸出數字高低電平來控制基極,可以直接接入基極而不需要額外再串入一個電阻了。

 

 

 

三極體本身存在固有的穿透電流,它包含兩個部分:集電極-基極反向電流ICBO與集電極-發射極反向電流ICEO,其中,ICBO是電晶體的發射極開路時,集電極與基極之間的反向電流漏電流,如下圖所示:

而ICEO是電晶體的基極開路時,集電極與發射極之間的反向電流(漏電流),如下圖所示:

這兩個電流都是不可控制的,它只取決於溫度和少數載流子的濃度,會隨溫度上升而上升,不僅帶來功率損耗,也會隨溫度變化而變化,它們之間的關係是:

前級三極體的穿透電流被後級進一步放大後,會導致達林頓管熱穩定性變差,這樣會更進一步使穿透電流變大,進入惡性循環,電阻R2與R3就是提供三極體穿透電流的釋放迴路,穿透電流通過電阻釋放到外面,而不是被後級三極體進一步放大,如下圖所示:

 

有些達林頓管內部也會有保護二極體,如下圖所示:

這兩個二極體一般是接感性負載時的續流二極體,防止感性負載迴路斷開瞬間產生的高壓擊穿三極體,其中二極體D1在接繼電器一類負載時經常用到,如下圖所示:

 

 

而二極體D2在半橋或全橋驅動的大功率感性負載時會用到,如下圖所示(僅為示意圖):

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