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 transistor a giunzione bipolari in cascata concepito da Sidney Darlington nel 1953. La caratteristica principale di questa configurazione è l'elevatissimo guadagno in corrente (indicato con β o hFE), pari a quasi il 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 package.

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 driver 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 (step motor). 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 a medioalta 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 e nel contempo di non poter scaricare le minoritarie tramite zenering
  • 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.

Alcuni Darlington integrati contengono un diodo tra la Base del sistema e quella del finale per accelerare lo svuotamento delle minoritarie sebbene il risultato non risulti così efficace come il pilotaggio a tensione di Zener della giunzione BE dei transistor singoli

Doppietta e tripletta Sziklai[modifica | modifica wikitesto]

Una doppietta Sziklai NPN

La doppietta e la tripletta di George Clifford Sziklai uniscono al guadagno dei transistor Darlington la bassa caduta di tensione della propria struttura a coppia complementare e nella doppietta corrisponde alla somma della tensione di saturazione dei due o tre transistor dello stadio Sziklai.

La doppietta Sziklai non viene solo utilizzata negli stadi di potenza, ma anche 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 viceversa) e mostra un guadagno tra 100 000 e 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 agevolmente il punto di riposo in classe AB dei finali di potenza audio Hi-Fi.

Il motivo per cui non si trovano in commercio né doppiette né triplette Sziklai integrate è dovuto al problema di realizzare 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 transistor 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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