ترانزستور دارلينجتون

في الإلكترونيات ، تُعرف دائرة دارلينجتون (أو زوج دارلينجتون ) بأنها دائرة تتكون من ترانزستورين ثنائيي القطب ، حيث يتصل باعث أحدهما بقاعدة الآخر ، مما يؤدي إلى تضخيم التيار الناتج عن الترانزستور الأول بواسطة الترانزستور الثاني. ^{[ 1 ]} ويتصل مجمعا الترانزستورين معًا. يتميز هذا التكوين بكسب تيار أعلى بكثير من كسب كل ترانزستور على حدة. ويعمل هذا التكوين كترانزستور واحد، وغالبًا ما يُعبأ في غلاف واحد. وقد اخترعه سيدني دارلينجتون عام 1953 .

يتصرف زوج دارلينجتون كترانزستور واحد، أي أنه يتكون من قاعدة واحدة، ومجمع واحد، وباعث واحد. وعادةً ما يُنتج كسب تيار عالٍ (يُقارب حاصل ضرب كسبَي الترانزستورين، لأن قيم β الخاصة بهما تُضرب معًا). وتُعطى العلاقة العامة بين كسب التيار المركب وكسبَي الترانزستورين كما يلي:

${\displaystyle \beta _{\mathrm {Darlington} }=\beta _{1}\cdot \beta _{2}+\beta _{1}+\beta _{2}}$

إذا كانت قيم β ₁ و β ₂ عالية بما يكفي (بالمئات)، فيمكن تقريب هذه العلاقة بما يلي:

${\displaystyle \beta _{\mathrm {Darlington} }\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2}}$

يتميز ترانزستور دارلينجتون النموذجي بكسب تيار يبلغ 1000 أو أكثر، مما يعني أن تيار قاعدة صغيرًا يكفي لتشغيل زوج الترانزستورات بتيارات تبديل أعلى بكثير. ^{[ 2 ]} ومن مزاياه الأخرى توفير مقاومة دخل عالية جدًا للدائرة، مما يؤدي إلى انخفاض مماثل في مقاومة الخرج. كما تُعد سهولة تصميم هذه الدائرة ميزة إضافية، إذ يمكن تصنيعها ببساطة باستخدام ترانزستورين منفصلين من نوع NPN (أو PNP)، وهي متوفرة أيضًا في عبوات فردية متنوعة.

من عيوب هذا التصميم مضاعفة جهد القاعدة-الباعث تقريبًا. وبما أن هناك وصلتين بين قاعدة وباعث ترانزستور دارلينجتون، فإن جهد القاعدة-الباعث المكافئ هو مجموع جهدي القاعدة-الباعث في كلتا الوصلتين.

${\displaystyle V_{BE}=V_{BE1}+V_{BE2}\approx 2V_{BE1}\!}$

بالنسبة للتكنولوجيا القائمة على السيليكون، حيث يكون كل V _BEi حوالي 0.65 فولت عندما يعمل الجهاز في المنطقة النشطة أو المشبعة، فإن جهد القاعدة-الباعث اللازم للزوج هو 1.3 فولت.

من عيوب زوج دارلينجتون الأخرى ارتفاع جهد التشبع. لا يُسمح لترانزستور الخرج بالتشبع (أي يجب أن تبقى وصلة القاعدة-المجمع منحازة عكسيًا) لأن الترانزستور الأول، عند تشبعه، يُنشئ تغذية عكسية سالبة متوازية كاملة (100%) بين مجمع وقاعدة الترانزستور الثاني. ^{[ 3 ]} بما أن جهد المجمع-الباعث يساوي مجموع جهد القاعدة-الباعث الخاص به وجهد المجمع-الباعث للترانزستور الأول، وكلاهما كميتان موجبتان في التشغيل العادي، فإنه يتجاوز دائمًا جهد القاعدة-الباعث. (بالرموز،${\displaystyle \mathrm {V_{CE2}=V_{CE1}+V_{BE2}>V_{BE2}} \Rightarrow \mathrm {V_{C2}>V_{B2}} }$دائمًا.) وبالتالي، فإن جهد التشبع لترانزستور دارلينجتون أعلى بمقدار _VBE واحد (حوالي 0.65 فولت في السيليكون) من جهد تشبع الترانزستور الأحادي، والذي يتراوح عادةً بين 0.1 و0.2 فولت في السيليكون. عند تساوي تيارات المجمع، يُترجم هذا العيب إلى زيادة في الطاقة المُبددة لترانزستور دارلينجتون مقارنةً بالترانزستور الأحادي. وقد يتسبب انخفاض مستوى الخرج في حدوث مشاكل عند تشغيل دوائر منطق TTL.

تتمثل إحدى المشكلات الأخرى في انخفاض سرعة التبديل أو الاستجابة، لأن الترانزستور الأول لا يستطيع كبح تيار قاعدة الترانزستور الثاني بشكل فعال، مما يؤدي إلى بطء عملية إيقاف تشغيل الجهاز. وللتخفيف من هذه المشكلة، غالبًا ما يُوصل الترانزستور الثاني بمقاومة تبلغ بضع مئات من الأوم بين طرفي قاعدته وباعثه. ^{[ 1 ]} توفر هذه المقاومة مسارًا لتفريغ الشحنة المتراكمة على وصلة القاعدة-الباعث بمقاومة منخفضة، مما يسمح بإيقاف تشغيل الترانزستور بشكل أسرع.

يتميز زوج دارلينجتون بانزياح طور أكبر عند الترددات العالية مقارنة بالترانزستور الواحد، وبالتالي يمكن أن يصبح غير مستقر بسهولة أكبر مع التغذية الراجعة السلبية (أي أن الأنظمة التي تستخدم هذا التكوين يمكن أن يكون لها أداء ضعيف بسبب تأخير الترانزستور الإضافي).

تتوفر أزواج دارلينجتون كحزم متكاملة أو يمكن تصنيعها من ترانزستورين منفصلين؛ يمكن أن يكون الترانزستور Q1 ₍ على اليسار في الرسم التخطيطي) منخفض الطاقة، ولكن عادةً ما يكون الترانزستور Q2 ₍ على اليمين) عالي الطاقة. يبلغ تيار المجمع الأقصى I_{_C} (max) للزوج قيمة تيار المجمع الأقصى للترانزستور Q2 _. يُعد الترانزستور 2N6282 مثالًا نموذجيًا على أجهزة الطاقة المتكاملة، حيث يتضمن مقاومة إيقاف التشغيل ويبلغ كسب التيار فيه 2400 عند I_{_C} = 10 أمبير.

تشغل الأجهزة المتكاملة مساحة أقل من ترانزستورين منفصلين لأنها تستخدم مجمعًا مشتركًا . تأتي أزواج دارلينجتون المتكاملة مُغلفة بشكل فردي في عبوات تشبه عبوات الترانزستور أو كمصفوفة من الأجهزة (عادةً ثمانية) في دائرة متكاملة .

يمكن إضافة ترانزستور ثالث إلى زوج دارلينجتون لزيادة كسب التيار، مما يُشكّل ثلاثي دارلينجتون. يُوصل باعث الترانزستور الثاني في الزوج بقاعدة الترانزستور الثالث، كما يُوصل باعث الترانزستور الأول بقاعدة الترانزستور الثاني، وتُوصل مجمعات الترانزستورات الثلاثة معًا. يُعطي هذا كسبًا للتيار يُقارب حاصل ضرب كسب الترانزستورات الثلاثة. مع ذلك، غالبًا ما لا يُبرر هذا الكسب المتزايد للتيار مشاكل الحساسية وتيار التشبع، لذا نادرًا ما تُستخدم هذه الدائرة.

تُستخدم أزواج دارلينجتون غالبًا في مراحل خرج الدفع والسحب لمضخمات الصوت التي تُشغّل معظم أنظمة الصوت. في دائرة دفع وسحب متناظرة تمامًا، يتم توصيل زوجين من دارلينجتون كمتابعين للباعث ، حيث يُشغّلان الخرج من مصدرَي التغذية الموجب والسالب: زوج دارلينجتون NPN موصول بالخط الموجب لتوفير التيار اللازم لارتفاعات الخرج الموجبة، وزوج دارلينجتون PNP موصول بالخط السالب لتوفير التيار اللازم لانخفاضات الخرج السالبة.

قبل توفر ترانزستورات الطاقة PNP عالية الجودة، تم استخدام دائرة الدفع والسحب شبه المتماثلة ، حيث كان الترانزستوران المتصلان بخط التغذية الموجب عبارة عن زوج دارلينجتون NPN، وكان الزوج القادم من الخط السالب عبارة عن ترانزستورين NPN إضافيين متصلين كمضخمات باعث مشترك.

يمكن لزوج دارلينجتون أن يكون حساسًا بما يكفي للاستجابة للتيار المار عبر ملامسة الجلد حتى عند الفولتيات الآمنة. وبالتالي، يمكن أن يشكل مرحلة إدخال جديدة لمفتاح حساس للمس.

يمكن استخدام ترانزستورات دارلينجتون في الدوائر ذات التيار العالي مثل منظم الجهد LM1084. ^{[ 4 ]} تشمل التطبيقات الأخرى ذات التيار العالي تلك التي تتضمن التحكم الحاسوبي في المحركات أو المرحلات، حيث يتم تضخيم التيار من مستوى منخفض آمن لخط خرج الحاسوب إلى المقدار المطلوب للجهاز المتصل.

• ترانزستور ثنائي القطب ذو بوابة معزولة
• ULN2003A
• زوج Sziklai ، الذي يُطلق عليه أحيانًا اسم "دارلينجتون التكميلي"، هو تكوين مشابه ولكن مع ترانزستورات من نوع معاكس (واحد NPN وواحد PNP).
• منطق الحقن المتكامل (I2L)

• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,663,806 "جهاز ترجمة الإشارات شبه الموصلة" (ترانزستور دارلينجتون)
• دائرة التحكم في سرعة محرك دارلينجتون
• ECE 327: إجراءات مختبر ترشيح الإخراج - القسم 4 ("مضخم الطاقة") يناقش أزواج دارلينجتون في تصميم محرك التيار من الفئة AB القائم على الترانزستور ثنائي القطب بالتفصيل.