达林顿复合管的原理与使用

Posted 2021-08-30 qlexcel

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  达林顿管（Darlingtontube）也称复合管，即使用两个三极管复合成一个三极管。一般大功率三极管的基极需要较大的电流来驱动，不能直接将小信号进行放大（小信号提供不了足够的基极驱动电流），而达林顿管内部由两个三极管组合而成，前级三极管将小电流放大后再驱动后级的三极管，这样小电流也可以驱动大功率的达林顿管，由原理也可以看出，功率部分主要是由后级的三极管来承担的。

  达林顿管的主要复合方式有四种，如下图所示：

  上图中的hFE为相应三极管的直流电流放大倍数，为了简便起见，我们将IC近似为IE，两个三极管组合成达林顿管后的三极管类型与第一级的三极管相同，组合后的总直流放大倍数为hFE1×hFE2。

  实际集成的达林顿管可能会类似下图所示：

  其中，电阻R1为限流电阻，这样带来的好处之一是，如果外部有单片机之类的处理器输出数字高低电平来控制基极，可以直接接入基极而不需要额外再串入一个电阻了。

  三极管本身存在固有的穿透电流，它包含两个部分：集电极-基极反向电流ICBO与集电极-发射极反向电流ICEO，其中，ICBO是晶体管的发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流漏电流，如下图所示：

  而ICEO是晶体管的基极开路时，集电极与发射极之间的反向电流（漏电流），如下图所示：

  这两个电流都是不可控制的，它只取决于温度和少数载流子的浓度，会随温度上升而上升，不仅带来功率损耗，也会随温度变化而变化，它们之间的关系是：

  前级三极管的穿透电流被后级进一步放大后，会导致达林顿管热稳定性变差，这样会更进一步使穿透电流变大，进入恶性循环，电阻R2与R3就是提供三极管穿透电流的释放回路，穿透电流通过电阻释放到外面，而不是被后级三极管进一步放大，如下图所示：

  有些达林顿管内部也会有保护二极管，如下图所示：

  这两个二极管一般是接感性负载时的续流二极管，防止感性负载回路断开瞬间产生的高压击穿三极管，其中二极管D1在接继电器一类负载时经常用到，如下图所示：

  而二极管D2在半桥或全桥驱动的大功率感性负载时会用到，如下图所示（仅为示意图）：