Pourquoi les transistors NPN Darlington sont-ils utilisés pour absorber le courant?

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Je remarque que les transistors NPN Darlington sont couramment utilisés pour absorber le courant. Ne serait-il pas plus logique d'utiliser PNP à cette fin? Cela éviterait de dériver le courant de charge à travers les deux jonctions à la fois. Certes, nous pourrions vouloir partager le courant entre deux transistors; mais dans ce cas, veuillez noter que le deuxième transistor porte toujours la pleine charge (la moitié via le chemin CE et la moitié via le chemin BE).

D'ailleurs, pourquoi les transistors sont-ils le plus couramment utilisés pour absorber le courant de toute façon; plutôt que de le conduire? Je n'ai jamais compris ça.

Exemple 1

Dans l'exemple ci-dessus, il semble plus judicieux de (1) placer la charge sous le transistor; (2) utiliser un PNP Darlington; ou encore mieux (3) utilisez une paire PNP complémentaire comme indiqué ici:

Exemple 2

ÉDITER:

Pour clarifier, l'une des questions que je pose est la suivante: pourquoi ne pouvons-nous pas placer ce transistor NPN tel quel au - dessus de la charge? Ou, d'ailleurs, placer un PNP Darlington sous la charge? Et aussi, pourquoi les Darlingtons existent-ils, alors qu'une paire complémentaire semble être une solution plus propre?

Sod Tout-Puissant
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Vous semblez penser que partager le courant est une fonction (ou même la ) d'un darlington, mais ce n'est pas le cas. La fonction principale est d'avoir une amplification de courant très élevée (Beta).
Wouter van Ooijen
@WoutervanOoijen J'ai simplement mentionné le partage du courant comme un aparté.
Sod Almighty
Même en aparté, c'est faux. Dans des circonstances normales, le courant à travers Q1 est beaucoup plus faible qu'à travers Q2 (par un facteur de la bêta de Q2). Par conséquent, Q1 peut être optimisé pour un Bêta élevé / faible courant, tandis que Q2 peut être optimisé pour un courant plus élevé, ce qui signifie souvent une Bêta inférieure.
Wouter van Ooijen
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Si vous placez la charge sous le transistor, comment obtenez-vous suffisamment de courant dans la base du premier transistor? De quelle tension auriez-vous besoin?
David Schwartz
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@SodAlmighty C'est pour les situations où le courant de base est beaucoup plus petit que le courant de charge. Donc, tout ce qui rend encore plus difficile le démarrage du courant de base n'est pas une bonne chose.
David Schwartz

Réponses:

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Les interrupteurs de charge descendante avec un darlington NPN permettent au signal de commande d'être un signal référencé GND. Si vous utilisez des commutateurs de source côté élevé, il est plus typique que le signal de commande ait besoin d'être converti en un domaine de signal référencé GND.

De nos jours, lorsque les MCU contrôlent presque tout, les broches GPIO de ces appareils sont des signaux référencés GND. Et il devrait donc être évident pourquoi de nombreux commutateurs de charge utilisent les composants de type synchronisation avec une entrée référencée GND.

Michael Karas
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Je suis d'accord, c'est la raison principale, plus les BJT NPN et les NET FET ont une meilleure "résistance". Les Darlingtons PNP ou NPN sont "OK" mais si la charge doit passer directement aux rails, alors un MOSFET est sensiblement plus efficace.
Andy aka
D'accord, sans savoir ce qu'est un MCU, ni être un expert en électronique comme vous l'êtes évidemment, je ne dirais pas du tout qu'il est "évident".
Sod Almighty
Le MCU est un "MicroController Unit", une puce de processeur modifiée avec des commandes de signal funky (aka GPIO = "General Purpose Input / Output") et d'autres modules périphériques sur puce. Vous trouverez des MCU dans les grille-pain de nos jours, et encore moins partout ailleurs. Les bonnes fiches techniques MCU contiennent généralement une sorte de référence de circuit externe pour vous guider, donc je vous recommande de rechercher certaines d'entre elles (par exemple www.microchip.com, www.freescale.com) si vous êtes intéressé à aller plus loin. .
greenbutterfly
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Concernant l'utilisation de NPN plutôt que de PNP, la réponse de Michael Karas est correcte: vous voulez des signaux de contrôle référencés à la masse car les transistors de type N ont généralement de meilleures caractéristiques que les équivalents de type P.

Concernant les autres parties de votre question: les Darlington ne partagent pas le courant entre les deux transistors 50-50. Celui où le signal d'entrée arrive sur la base transporte peut-être 1% du courant qui le traverse (en supposant un bêta de 100; la plupart des NPN des circuits intégrés ont des bêtas beaucoup plus élevés (~ 250), le pourcentage est donc encore plus faible). L'autre transistor transporte donc 99% + du courant piloté.

C'est une bonne chose, pas une mauvaise chose. Les paires Darlington intégrées sont configurées dans une configuration physique avec un différentiel de taille significatif, de sorte que le transistor d'attaque principal a une zone de jonction beaucoup plus grande que la première, permettant une CE beaucoup plus faible sur la résistance pour des courants d'attaque plus faibles et une capacité de gestion du courant max beaucoup plus élevée. Cela ne nécessite pas d'appairer plusieurs transistors en parallèle, ce qui peut provoquer une répartition inégale du courant en raison des différences entre les appareils, même sur les circuits intégrés.

Enfin, les Darlington NPN peuvent être facilement construits sur un circuit intégré efficacement comme un méta-transistor unique; ils partagent la même région de collecteur mais ont différentes régions de base / émetteur intégrées (avec la différence de taille que j'ai mentionnée plus tôt). Connecter l'émetteur du plus petit à la base du plus grand est assez trivial. Je suis presque sûr que c'est ce qui est fait sur les baies multi-Darlington intégrées, par exemple la série ULN2k (je n'ai plus les détails d'accès, mais j'ai vu une partie de ce chemin en faisant mes études dans ce genre de choses).

papillon vert
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Ça a du sens. Je ne vois pas pourquoi vous ne pourriez pas utiliser un NPN Darlington au - dessus de la charge, cependant ...
Sod Almighty
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@Sod - Vous pouvez conduire une charge avec le NPN Darlington au-dessus de la charge - mais alors le signal de commande doit osciller de près de GND jusqu'à au moins 1,4 volts au-dessus de la tension que vous souhaitez appliquer à la charge. Si vous pouvez fournir cela, alors tout va bien. Mais dans de nombreux cas, il est plus facile si l'entrée de commande est un signal plus simple qui oscille entre GND et la tension ON nominale du Darlington, indépendamment de la tension à laquelle la charge se produit.
Michael Karas
@MichaelKaras, vous devez également faire attention à la tension émetteur-collecteur sur le transistor d'entrée lors de l'approvisionnement en courant de cette façon; IIRC poussant le Vce du transistor de commande trop bas peut désactiver le transistor d'entrée en inversant ses bornes C et E effectives. Ainsi, les fluctuations de tension sur le nœud émetteur pourraient potentiellement entraîner la mise sous et hors tension du Darlington pour au moins deux raisons différentes! C'est pourquoi il n'est pas conseillé d'utiliser des NPN pour fournir du courant.
greenbutterfly
@greenbutterfly J'ai bien peur de ne rien comprendre à cela. Pourquoi la tension CE serait-elle différente si vous la plaçiez au-dessus de la charge, plutôt que de la placer en dessous? Et .... inverser les terminaux?
Sod Almighty
@MichaelKaras Merci, votre explication aide à clarifier la réponse originale.
Sod Almighty
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Dans la configuration Darlington, le courant de base du plus grand transistor aide à piloter la charge et est autorégulé. Si l'on a besoin de piloter une charge de 10 ampères et que l'on veut éviter de supposer une bêta supérieure à 40, il faudra pouvoir piloter la base du grand transistor avec 250mA. Pour obtenir ces 250mA, il faudrait piloter la base du petit transistor avec 7mA. En utilisant une configuration Darlington, si la charge attire 10A, 9.75A traversera le collecteur du grand transistor et 250mA traversera le petit transistor dans la base du grand. Les 7mA enfoncés dans la base du petit transistor seront "gaspillés". Si la charge devait tomber à 10mA, la base du petit transistor consommerait encore 7mA, qu'elle passerait par la base du grand transistor,

Dans la plupart des autres configurations, la disposition du grand transistor pour avoir 250mA disponible sur sa base en cas de besoin impliquerait que 250mA seraient alimentés à la base du grand transistor même quand ce n'est pas nécessaire. Dans les cas où la charge est connue pour nécessiter 10A, ce ne serait pas un problème, mais dans les cas où la charge pourrait nécessiter quelque chose de 10uA à 10A, gaspiller 250mA à des moments où la charge nécessite 10mA peut être indésirable.

supercat
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Intéressant, mais sans rapport avec ma vraie question.
Sod Almighty
@SodAlmighty: La question demandait, en partie, pourquoi les paires de darlington sont utilisées plutôt que des paires complémentaires, n'est-ce pas? Les raisons de la descente plutôt que de la recherche de courant ne sont généralement pas liées à l'utilisation d'un Darlington, sauf que l'utilisation d'un Darlington NPN pour générer du courant aurait une chute de tension plus importante par rapport à la tension de base que l'utilisation d'un seul transistor NPN.
supercat
Je ne vois pas pourquoi une paire complémentaire gaspillerait plus de courant qu'un Darlington; étant donné que le courant CE du transistor d'entrée, en l'absence de courant de charge, serait nul. De plus, je ne vois pas pourquoi la chute de tension est moins pertinente en dessous de la charge qu'au dessus.
Sod Almighty
@SodAlmighty: Dans la plupart des circuits à transistors complémentaires, l'émetteur du transistor qui pilote la base du transistor de puissance sera attaché au rail d'alimentation plutôt qu'au collecteur du transistor de puissance. Si l'on essaie d'utiliser une paire complémentaire avec une entrée NPN et une sortie PNP pour un entraînement latéral élevé d'une manière similaire à un émetteur suiveur NPN Darlington, le comportement semble généralement raisonnable, mais lorsque l'entrée atteint le rail positif, la partie du courant qui passe par l'entrée transistor montera, dépassant peut-être ses limites.
supercat
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Vous devriez être en mesure de voir par vous-même à partir de vos propres diagrammes que le circuit inférieur doit avoir accès au rail d'alimentation, tandis que l'interrupteur côté bas pur peut être préemballé sans avoir besoin de cette connexion.

Olin Lathrop
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Pourquoi ne supposez-vous pas que je ne sais pas de quoi je parle et expliquez ce que vous voulez dire? D'ailleurs, à mes yeux, le circuit inférieur doit avoir accès au rail neutre; mais le point C va à la charge, pas le rail + V.
Sod Almighty