Darlington-Systeme

Darlington-Systeme - ein Verfahren für höhere Verstärkung

Einer der Parameter, der einen Bipolartransistor charakterisiert, ist die Stromverstärkung. Dieser Parameter ist äußerst wichtig, denn je größer die Verstärkung ist, desto größer ist der Strom, den das System bei dem gegebenen Basisstrom steuern kann. Die Verwendung der Darlington-Schaltung ermöglicht es, die Verstärkung des Transistors sogar um mehrere Größenordnungen zu erhöhen, wenn zwei Bipolartransistoren verwendet werden. Darlington-integrierte Paare oder sogar integrierte Schaltkreise, die mit mehreren parallelen Paaren dieser Art ausgestattet sind, sind im Handel erhältlich. Solche Systeme werden häufig zur Stromverstärkung eingesetzt, um beispielsweise Hochleistungslasten mit Hilfe von Systemen mit geringer Stromausbeute, wie beispielsweise GPIO-Pins von Mikrocontrollern oder Einplatinencomputern, zu steuern.

Das Funktionsprinzip eines Darlington-Paares

Das Darlington-Paar verhält sich äußerlich wie ein einzelner Transistor, hat also eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter. Typischerweise bietet eine Darlington-Schaltung eine hohe Stromverstärkung (ungefähr das Produkt der Verstärkungen der beiden Komponententransistoren). Im Allgemeinen ist die Beziehung zwischen der Verstärkung des Darlington-Systems βD mit den Verstärkungen der Komponenten β1 und β2: βD = β1 × β2 + β1 + β2. Dadurch kann bei Verwendung gängiger, leicht verfügbarer Halbleiterstrukturen eine wirklich hohe Verstärkung erzielt werden.

Darlington-Schaltung - Vor- und Nachteile von Transistorpaaren

Darlington-Schaltungen haben eine Reihe von Vorteilen, von denen der wichtigste die Fähigkeit ist, eine sehr hohe Stromverstärkung zu erreichen , sogar 1000 oder mehr. Dadurch reicht der kleine Basisstrom aus, um die hohen Emitter-/Kollektorströme zu schalten. Ein weiterer Vorteil ist die Bereitstellung einer sehr hohen Eingangsimpedanz sowie die Einfachheit dieser Konfiguration . Eine solche Schaltung kann aus zwei getrennten, diskreten Transistoren, Strukturen in einem einzigen Gehäuse oder in einer integrierten Schaltung bestehen. Diese Art von Struktur hat auch ihre Nachteile. Einer verdoppelt ungefähr die Basis-Emitter-Spannung, da es zwei Übergänge in der Schaltung zwischen der Basis und dem Emitter eines Darlington-Transistors gibt. Bei Siliziumtransistoren beträgt diese Spannung 0,65 V für einen Übergang, also 1,3 V für eine Darlington-Schaltung. Ein weiterer Nachteil eines Darlington-Paares ist die erhöhte Sättigungsspannung. Dies kann Probleme verursachen, wenn TTL-Logikschaltungen angesteuert werden. Der Nachteil des Darlington ist auch die Reduzierung der Arbeitsbandbreite. Sie ist niedriger als die Betriebsbandbreite jeder der Komponenten.

Darlington-Anwendungen in der Elektronik

Darlington-Transistoren werden überall dort eingesetzt, wo es auf Stromverstärkung ankommt, also in Leistungsverstärkern, Netzteilen und Heizungstreibern oder anderen Hochleistungslasten. Solche Anwendungen verwenden oft zwei diskrete Bipolartransistoren kombiniert in einer Darlington-Schaltung oder einzelne Transistorpaare in dieser Konfiguration in einem Gehäuse. Solche Elemente werden auch dort verwendet, wo ein niedriger Basisstrom entscheidend ist, beispielsweise in Mikrocontrollersystemen, wo häufig integrierte Darlington-Schaltungen verwendet werden, um Elemente mit höherer Stromaufnahme (wie Relais oder Beleuchtung) über die digitalen Pins des Prozessors zu steuern.