Mengapa transistor NPN Darlington digunakan untuk menenggelamkan arus?

8

Saya perhatikan bahwa transistor NPN Darlington biasanya digunakan untuk menenggelamkan arus. Bukankah lebih masuk akal untuk menggunakan PNP untuk tujuan itu? Ini akan menghindari shunting arus beban melalui kedua persimpangan sekaligus. Memang, kami mungkin ingin berbagi arus antara dua transistor; tetapi dalam hal ini, harap dicatat bahwa transistor kedua masih membawa beban penuh (setengah melalui jalur CE, dan setengah melalui jalur BE).

Untuk itu, mengapa transistor paling sering digunakan untuk menenggelamkan arus; daripada mengendarainya? Saya tidak pernah mengerti itu.

Contoh 1

Dalam contoh di atas, tampaknya lebih masuk akal untuk (1) menempatkan beban di bawah transistor; (2) menggunakan PNP Darlington; atau bahkan lebih baik (3) menggunakan pasangan PNP komplementer seperti yang ditunjukkan di sini:

Contoh 2

EDIT:

Untuk memperjelas, salah satu pertanyaan yang saya ajukan adalah: Mengapa kita tidak bisa menempatkan transistor NPN ini apa adanya di atas beban? Atau, dalam hal ini, tempatkan PNP Darlington di bawah beban? Dan juga, mengapa Darlingtons bahkan ada, ketika pasangan yang saling melengkapi terlihat menjadi solusi yang lebih bersih?

Sod Mahakuasa
sumber
6
Anda tampaknya berpikir bahwa berbagi saat ini adalah sebuah (atau bahkan yang ) fungsi Darlington, tapi itu tidak. Fungsi utamanya adalah memiliki amplifikasi arus yang sangat tinggi (Beta).
Wouter van Ooijen
@WoutervanOoijen Saya hanya menyebutkan berbagi arus sebagai tambahan.
Sod Almighty
Sekalipun di samping itu salah. Dalam keadaan normal, arus melalui Q1 jauh lebih rendah daripada melalui Q2 (oleh faktor Beta Q2). Karenanya Q1 dapat dioptimalkan untuk Beta tinggi / arus rendah, sedangkan Q2 dapat dioptimalkan untuk arus lebih tinggi, yang sering berarti Beta lebih rendah.
Wouter van Ooijen
1
Jika Anda menempatkan beban di bawah transistor, bagaimana Anda mendapatkan arus yang cukup ke basis transistor pertama? Tegangan apa yang Anda butuhkan?
David Schwartz
1
@ ModAlmighty Ini untuk situasi di mana arus basis jauh lebih kecil dari arus beban. Jadi apa pun yang membuatnya semakin sulit untuk mendapatkan arus basis bukan merupakan hal yang baik.
David Schwartz

Jawaban:

9

Switch beban tenggelam dengan NPN darlington memungkinkan sinyal kontrol menjadi sinyal referensi GND. Jika Anda menggunakan sakelar sumber sisi tinggi, biasanya sinyal kontrol memerlukan terjemahan ke domain sinyal referensi GND.

Hari-hari ini ketika MCU mengendalikan hampir semua pin GPIO pada perangkat tersebut adalah sinyal referensi GND. Dan itu harus jelas mengapa banyak sakelar beban menggunakan komponen tipe sinkronisasi dengan input referensi GND.

Michael Karas
sumber
Saya setuju, ini adalah alasan utama plus NPN BJTs dan N ch FET lebih baik "pada perlawanan". PNP atau NPN Darlingtons "OK" tetapi jika beban perlu beralih langsung ke rel maka MOSFET jauh lebih efektif.
Andy alias
Oke, yah, tanpa tahu apa itu MCU, atau menjadi ahli elektronik seperti Anda, saya tidak akan menyebutnya "jelas" sama sekali.
Sod Almighty
MCU adalah "MicroController Unit", sebuah chip prosesor yang dimodifikasi dengan kontrol sinyal yang funky (alias GPIO = "Input / Output Tujuan Umum") dan modul periferal lainnya on-chip. Anda akan menemukan MCU di pemanggang roti hari ini, apalagi di tempat lain. Lembar data MCU yang baik biasanya memiliki beberapa jenis referensi sirkuit eksternal untuk memandu Anda, jadi saya sarankan mencari beberapa di antaranya (misalnya www.microchip.com, www.freescale.com) jika Anda tertarik untuk mengambil ini lebih lanjut .
greenbutterfly
7

Mengenai penggunaan NPN daripada PNP, jawaban Michael Karas benar: Anda ingin sinyal kontrol yang direferensikan dari tanah karena transistor tipe-N umumnya memiliki karakteristik yang lebih baik daripada setara tipe-P.

Mengenai bagian lain dari pertanyaan Anda: Darlingtons tidak membagikan arus antara dua transistor 50-50. Yang mana sinyal input tiba di pangkalan membawa mungkin 1% dari arus melaluinya (dengan asumsi beta 100; sebagian besar sirkuit terpadu NPN memiliki betas jauh lebih tinggi (~ 250) sehingga persentase karenanya bahkan lebih rendah). Transistor lain karena itu membawa 99% + dari arus yang digerakkan.

Ini adalah hal yang baik, bukan hal yang buruk. Pasangan Darlington yang terintegrasi dikonfigurasikan dalam tata letak fisik dengan perbedaan ukuran yang signifikan, sehingga transistor drive utama memiliki area persimpangan yang jauh lebih besar daripada yang pertama, memungkinkan CE yang jauh lebih rendah pada resistansi untuk arus drive yang lebih rendah dan kemampuan penanganan arus maks yang jauh lebih tinggi. Ini tanpa perlu memasangkan beberapa transistor secara paralel, yang dapat menyebabkan pemisahan arus yang tidak merata karena perbedaan perangkat, bahkan pada sirkuit terintegrasi.

Terakhir, NPN Darlingtons dapat dengan mudah dibangun pada sirkuit terintegrasi secara efektif sebagai meta-transistor tunggal; mereka berbagi wilayah kolektor yang sama tetapi memiliki daerah basis / emitor tertanam yang berbeda (dengan perbedaan ukuran yang saya sebutkan sebelumnya). Menghubungkan emitor yang lebih kecil ke pangkalan yang lebih besar cukup sepele. Saya cukup yakin inilah yang dilakukan pada array multi-Darlington terintegrasi misalnya seri ULN2k (Saya tidak memiliki detail akses lagi, tetapi saya melihat beberapa cara ini kembali ketika melakukan studi saya dalam hal ini).

greenbutterfly
sumber
Itu masuk akal. Saya tidak melihat mengapa Anda tidak dapat menggunakan NPN Darlington di atas beban, meskipun ...
Sod Almighty
1
@ Sod - Anda dapat menggerakkan muatan dengan NPN Darlington di atas beban - tetapi kemudian sinyal kontrol perlu berayun dari dekat GND hingga setidaknya 1,4 volt di atas tegangan yang ingin Anda terapkan pada beban. Jika Anda dapat memasok itu maka semuanya baik-baik saja. Tetapi dalam banyak kasus lebih mudah jika input kontrol adalah sinyal yang lebih sederhana yang berayun dari GND ke tegangan ON nominal Darlington tanpa memperhatikan voltase tempat beban beroperasi.
Michael Karas
@MichaelKaras, Anda juga harus berhati-hati terhadap tegangan emitor-kolektor pada transistor input saat sumber arus dengan cara ini; IIRC mendorong Vce drive transistor terlalu rendah dapat mematikan input transistor dengan membalikkan terminal C dan E yang efektif. Jadi, fluktuasi tegangan pada emitor node berpotensi menyebabkan Darlington untuk menghidupkan dan mematikan setidaknya dua alasan berbeda! Itu sebabnya tidak disarankan untuk menggunakan NPN untuk sumber arus.
greenbutterfly
@ Greenbutterfly Aku takut aku tidak mengerti itu. Mengapa tegangan CE akan berbeda jika Anda meletakkannya di atas beban, seperti menempatkannya di bawah? Dan .... membalikkan terminal?
Sod Mahakuasa
@MichaelKaras Terima kasih, penjelasan Anda membantu menjelaskan jawaban asli.
Sod Mahakuasa
5

Dalam konfigurasi Darlington, arus basis dari transistor yang lebih besar membantu menggerakkan beban dan mengatur sendiri. Jika seseorang perlu menggerakkan beban 10 amp dan ingin menghindari asumsi beta yang lebih besar dari 40, orang harus mampu menggerakkan basis transistor besar dengan 250mA. Untuk mendapatkan 250mA itu, seseorang harus menggerakkan basis transistor kecil dengan 7mA. Menggunakan konfigurasi Darlington, jika beban menarik 10A, 9,75A akan mengalir melalui kolektor transistor besar dan 250mA akan mengalir melalui transistor kecil ke dasar yang besar. The 7mA didorong ke basis transistor kecil akan "terbuang". Jika beban turun menjadi 10mA, basis transistor kecil akan tetap mengkonsumsi 7mA, yang akan melewati basis transistor besar,

Pada sebagian besar konfigurasi lain, mengatur agar transistor besar memiliki 250mA tersedia di pangkalannya ketika dibutuhkan akan menyiratkan bahwa 250mA akan diumpankan ke basis transistor besar bahkan ketika itu tidak diperlukan. Dalam kasus di mana beban diketahui membutuhkan 10A, itu tidak akan menjadi masalah, tetapi dalam kasus di mana beban mungkin membutuhkan apa pun dari 10uA hingga 10A, membuang 250mA pada saat-saat ketika beban membutuhkan 10mA mungkin tidak diinginkan.

supercat
sumber
Menarik, tetapi tidak terkait dengan pertanyaan saya yang sebenarnya.
Sod Almighty
@SodAlmighty: Pertanyaannya adalah, sebagian, mengapa pasangan darlington digunakan daripada pasangan pelengkap, bukan? Alasan untuk tenggelam daripada sumber arus secara umum tidak terkait dengan penggunaan Darlington kecuali bahwa menggunakan NPN Darlington untuk sumber arus akan memiliki lebih banyak penurunan tegangan relatif terhadap tegangan basis daripada menggunakan transistor NPN tunggal.
supercat
Saya tidak melihat mengapa pasangan gratisan akan membuang lebih banyak arus daripada Darlington; mengingat bahwa input CE dari transistor saat ini, tanpa adanya arus beban, akan menjadi nol. Juga, saya tidak melihat mengapa drop tegangan kurang relevan di bawah beban daripada di atasnya.
Sod Almighty
@ ModAlmighty: Di sebagian besar sirkuit dengan transistor pelengkap, emitor dari transistor yang menggerakkan basis dari transistor daya akan melekat pada rel daya daripada ke pengumpul transistor daya. Jika seseorang mencoba menggunakan pasangan komplementer dengan input NPN dan output PNP untuk drive sisi tinggi dengan cara yang mirip dengan pengikut emitor NPN Darlington, perilaku tampaknya sebagian besar masuk akal tetapi ketika input mencapai rel positif, bagian dari arus yang melewati input Transistor akan naik, mungkin melebihi batasnya.
supercat
4

Anda harus dapat melihat sendiri dari diagram Anda sendiri bahwa rangkaian bawah memerlukan akses ke rel daya, sedangkan sakelar sisi rendah murni dapat dipra-paket tanpa memerlukan koneksi itu.

Olin Lathrop
sumber
Mengapa Anda tidak menganggap saya tidak tahu apa yang saya bicarakan, dan menjelaskan apa yang Anda maksud? Selain itu, menurut saya, sirkuit bawah memerlukan akses ke rel netral; tapi titik C pergi ke beban, bukan rel + V.
Sod Almighty