Transistor Darlington

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Diagramma circuitale di una coppia Darlington

In elettronica, un transistor Darlington (spesso chiamato anche coppia Darlington) è un transistor composito costituito da due BJT in cascata concepito da Sidney Darlington nel 1953. La caratteristica principale di questa configurazione è l'elevatissimo guadagno in corrente β, circa uguale al prodotto dei guadagni in corrente dei singoli transistor; i transitor Darlington possono essere realizzati mediante componenti discreti oppure integrati.

Sono realizzati anche a gruppi, riuniti in un unico circuito integrato

I Darlington sono facilmente integrabili in una singola fusione NPN o PNP siccome entrambi i collettori sono posti in parallelo e connessi al substrato del silicio e la connessione tra la base del finale e l'emettitore del pilota è realizzata con una metallizzazione simile a quella delle connessioni di base ed emettitore

Spesso i Darlington integrati posseggono un diodo in antiparallelo costituito da una giunzione BC e quindi ottenuto al costo di un'ulteriore irrisoria superficie di Silicio

I transistor Darlington hanno un prezzo di mercato direttamente paragonabile a quello di un transistor discreto di pari potenza e comunque tale da non invogliare l'uso di Darlington discreti

Vista del chip dell'MJ1000

La foto a fianco mostra un Darlington integrato MJ1000 [1] progettato dalla Motorola aperto

Nella foto le strutture interdigitate sono i transistor

Le 2 resistenze (da 4kΩ quella tra Base ed Emettitore del driver e quella da 60 Ω tra Base ed Emettitore del finale) sono ricavate dalla resistività di base rbb' e verosimilmente sono poste sotto le metallizzazioni di Base o di Emettitore o tra di esse

Il piccolo transistor inferiore è il pilota e la connessione diretta verso il piedino in basso corrisponde elettricamente alla sola area della sua Base

L'Emettitore del transistor finale è connesso al terminale superiore del contenitore TO3

I Collettori in parallelo sono connessi al substrato e quindi saldati al contenitore con una lega eutettica a bassissima resistenza tanto termica quanto elettrica basati su Oro e Germanio in lega Au 88% / Ge 18% con il punto di fusione a 340÷350 °C [2]

Impiego[modifica | modifica wikitesto]

Solitamente i transistor Darlington integrati vengono usati come interruttori in un ampio range di tensione e corrente, nelle versioni di potenza possono pilotare relè, solenoidi e motori in corrente continua e passo-passo. Erano azionati da questo tipo di transistor i solenoidi preposti a "sparare" gli aghi, nelle testine di stampa in questa tecnologia. Inoltre, grazie alla loro elevata potenza, e la bassa potenza richiesta per il pilotaggio, vengono impiegati negli amplificatori audio ad alta potenza sonora.

I principali difetti della configurazione Darlington possono essere così schematizzati:

  • la velocità di commutazione è ridotta, a causa del fatto che durante il progressivo spegnimento del primo transistore la sua corrente di emettitore continua ad essere a lungo sufficientemente alta da tenere in zona attiva il secondo
  • la caduta di tensione tra base ed emettitore è elevata, circa doppia rispetto a quella di un transistor tradizionale
  • la tensione minima tra collettore ed emettitore è maggiorata dalla caduta tra base ed emettitore del secondo transistore, producendo una elevata potenza da dissipare, e temperature più elevate

Fra i pregi è da ricordare l'elevata resistenza d'ingresso e la non-saturazione del finale.

Doppietta e tripletta Sziklai[modifica | modifica wikitesto]

Una doppietta Sziklai NPN

La doppietta e la tripletta uniscono al guadagno dei darlington la bassa caduta di tensione della propria struttura a coppia complementare e nella doppietta corrisponde alla somma della tensione di saturazione dei 2 o 3 transistor dello stadio Sziklai

La doppietta Sziklai non viene solo utilizzata negli stadi di potenza,ma pure in quelli di segnale sotto il nome di 'Buffer di White' [3] fig 9.10 in cui lo stadio pur mostrando grossolanamente un comportamento da transistor esprime delle prestazioni di gran lunga superiori

(L'amplificatore di White è mostrato in fig 9.5 della stessa pagina a firma John Linsley Hood)

La tripletta PNP è come il circuito qui a lato ma con un PNP in più all'ingresso (dove il Collettore diventa Emettitore e vice versa) e mostra un guadagno tra i 100'000 e molto oltre il milione

Un grande vantaggio della tripletta è quella di vedere alla base un semplice transistor di piccolo segnale la cui temperatura è facilmente controllabile e poter quindi regolare facilmente il punto di riposo in classe AB dei finali di potenza audio HiFi

Il motivo per cui non si trovano in commercio né doppiette né triplette Sziklai integrate è dovuto al problema di integrare in una singola fetta di silicio sia i PNP sia gli NPN senza generare delle strutture parassitarie SCR col pericolo di generare dei latch-up ai transitori sia di tensione sia di corrente

La doppietta non dev'essere necessariamente fatta solo di bipolari, ma si possono mettere all'ingresso sia i JFET sia i MOSFET e l'assenza di una corrente d'ingresso conferisce al sistema un guadagno infinito

Gli IGBT sono un esempio di doppiette ad ingresso MOSFET contenenti un SCR parassita

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