زوج دارلینگتون (Darlington Pair) چیست؟ آموزش و کاربردها
زمان مطالعه: در حال محاسبه...
فهرست مطالب
مقدمه
وقتی در دنیای الکترونیک و طراحی مدار به دنبال راهی برای افزایش شدید بهره جریان باشیم، یکی از بهترین گزینه‌ها استفاده از «زوج دارلینگتون» است. این پیکربندی با ترکیب دو ترانزیستور ساده BJT، توانایی تقویت جریان بسیار زیادی را در اختیار ما قرار می‌دهد و همین ویژگی باعث شده در بسیاری از مدارهای قدرت، تقویت‌کننده‌ها و درایورهای بارهای سنگین به کار گرفته شود.
در این مقاله، به‌صورت جامع و تخصصی، تمام جنبه‌های مربوط به زوج دارلینگتون را بررسی می‌کنیم: از تعریف و ساختار گرفته تا مزایا و معایب، کاربردهای صنعتی، نحوه تست، روش انتخاب مناسب، و حتی مقایسه با ترانزیستورهای دیگر مثل MOSFET.
زوج دارلینگتون چیست و چه نیازی را برطرف می‌کند؟
زوج دارلینگتون (Darlington Pair) یک پیکربندی خاص از دو ترانزیستور دوقطبی (BJT) است که برای دستیابی به بهره جریان بسیار بالا طراحی شده است. در این ساختار، خروجی ترانزیستور اول به ورودی ترانزیستور دوم متصل می‌شود، به‌گونه‌ای که جریان کوچک ورودی چندین بار تقویت شده و در نهایت خروجی بسیار قدرتمندی تولید می‌شود.
تاریخچه و ابداع ساختار دارلینگتون
ساختار دارلینگتون برای اولین بار توسط مهندس الکترونیک «سیدنی دارلینگتون (Sidney Darlington)» در سال ۱۹۵۳ در شرکت بل لبز معرفی شد. هدف او ساده بود: دستیابی به تقویت بیشتر بدون نیاز به طراحی پیچیده. همین ابداع به‌سرعت جایگاه مهمی در طراحی مدارهای تقویت‌کننده و درایور بار پیدا کرد.
نحوه عملکرد: از بیس تا کلکتور
برای درک عملکرد دارلینگتون باید مسیر جریان را بررسی کنیم:
یک جریان کوچک وارد بیس ترانزیستور اول می‌شود.
این جریان تقویت شده و به بیس ترانزیستور دوم می‌رسد.
ترانزیستور دوم بار اصلی را هدایت می‌کند.
فرمول کلی بهره:
βtotal = β1 × β2
مثال: اگر هر ترانزیستور ضریب تقویت 100 داشته باشد:
βtotal = 100 × 100 = 10,000
یعنی با یک جریان ورودی 1mA می‌توان تا 10A خروجی گرفت (البته در عمل محدودیت‌های توان وجود دارد).
ساختار داخلی و شماتیک زوج دارلینگتون
بیس مشترک: بیس ترانزیستور اول به ورودی متصل است.
اتصال امیترها: امیتر ترانزیستور دوم به‌عنوان امیتر نهایی خروجی عمل می‌کند.
کلکتور مشترک: کلکتور هر دو ترانزیستور به هم متصل هستند.
این چینش باعث می‌شود که جریان تقویت‌شده از ترانزیستور اول دوباره به‌عنوان محرک ترانزیستور دوم عمل کند.
مزایا و نقاط قوت زوج دارلینگتون
بهره جریان فوق‌العاده بالا
نیاز به جریان بیس بسیار کم
پیاده‌سازی ساده
هزینه پایین نسبت به تقویت‌کننده‌های پیچیده
قابلیت درایو بارهای سنگین (مثل موتورها و رله‌ها)
محدودیت‌ها و معایب این ساختار
افت ولتاژ بیس-امیتر بالا: حدود 1.2 تا 1.4 ولت (به‌جای 0.7 ولت)
سرعت سوئیچینگ پایین‌تر: به دلیل خالی شدن کند بار ذخیره‌شده
تلفات حرارتی بیشتر در جریان‌های بالا
محدودیت در کاربردهای فرکانس بالا
مقایسه دارلینگتون با ترانزیستور BJT معمولی
| ویژگی | BJT معمولی | زوج دارلینگتون |
|---|---|---|
| بهره جریان | 100 – 300 | 1,000 – 50,000 |
| افت ولتاژ Vbe | حدود 0.7V | حدود 1.2V |
| سرعت سوئیچینگ | سریع‌تر | کندتر |
| کاربرد | تقویت‌کننده، کلید ساده | درایور بارهای سنگین |
مقایسه دارلینگتون با MOSFET و IGBT
MOSFET: سرعت سوئیچینگ بسیار بالاتر، مقاومت حالت روشن پایین‌تر.
IGBT: مناسب برای ولتاژها و توان‌های بسیار بالا.
دارلینگتون: بهترین انتخاب برای کاربردهای کم‌هزینه و بهره جریان بالا با بارهای DC و فرکانس پایین.
مثال عملی: راه‌اندازی رله با آردوینو و دارلینگتون
فرض کنید یک رله 12V با جریان 200mA دارید، اما آردوینو فقط می‌تواند 40mA جریان خروجی بدهد. با استفاده از یک دارلینگتون (مثلاً ترانزیستور TIP120):
آردوینو جریان کوچکی به بیس دارلینگتون می‌دهد.
دارلینگتون جریان تقویت‌شده را عبور می‌دهد.
رله بدون مشکل فعال می‌شود.
نکات اجرایی در طراحی و استفاده صحیح
همیشه مقاومت بیس اضافه کنید (برای محدود کردن جریان).
برای بارهای القایی از دیود هرزگرد استفاده کنید.
در جریان‌های بالا، خنک‌کاری (هیت‌سینک) ضروری است.
برای فرکانس‌های بالا به‌جای دارلینگتون، MOSFET استفاده کنید.
معرفی آی‌سی‌های معروف مبتنی بر دارلینگتون
ULN2003: درایور 7 کاناله مناسب رله و موتور
ULN2803: درایور 8 کاناله برای بارهای 12/24V
TIP120, TIP122: ترانزیستورهای دارلینگتون پرکاربرد
کاربردهای صنعتی و عمومی زوج دارلینگتون
کنترل موتورهای DC
راه‌اندازی رله‌ها و فن‌ها
تقویت جریان سنسورهای ضعیف
استفاده در منابع تغذیه و UPS
پروژه‌های آموزشی و دانشگاهی
روش‌های تست دارلینگتون در مدار و خارج از مدار
با مولتی‌متر دیجیتال: اندازه‌گیری افت ولتاژ بیس-امیتر (حدود 1.2V).
روش روشن/خاموش بار: اتصال یک LED یا رله کوچک به‌عنوان بار برای تست عملکرد.
چک جریان نشتی: بررسی عدم عبور جریان در حالت قطع.
نکات مهم در خرید و انتخاب ترانزیستور دارلینگتون
بررسی حداکثر جریان کلکتور (Ic max)
توجه به ولتاژ کلکتور-امیتر (Vce max)
بررسی توان تلفاتی (Ptot) و نیاز به هیت‌سینک
انتخاب بین پکیج‌های مجزا یا آی‌سی‌های چندکاناله
مزایا، معایب و کاربردها در یک نگاه
| بخش | توضیحات |
|---|---|
| مزایا | بهره جریان بالا، طراحی ساده، هزینه پایین |
| معایب | افت ولتاژ بیشتر، سرعت کمتر |
| کاربردها | راه‌اندازی رله، موتور، بارهای مقاومتی و القایی |
پرسش‌های متداول
چرا ولتاژ بایاس دارلینگتون بیشتر است؟
چون دو پیوند بیس امیتر به‌صورت سری قرار دارند.
آیا دارلینگتون جایگزین MOSFET می‌شود؟
در کاربردهای فرکانس پایین و جریان متوسط بله؛ اما برای سرعت بالا بهتر است MOSFET استفاده کنید.
دارلینگتون داخلی بهتر است یا خارجی؟
آی‌سی‌های داخلی مثل ULN2003 مطمئن‌تر و جمع‌وجورتر هستند، اما در مدارهای ساده می‌توان از دو ترانزیستور مجزا استفاده کرد.
چطور می‌شود دارلینگتون معیوب را تشخیص داد؟
با مولتی‌متر و بررسی افت ولتاژ بیس امیتر؛ در حالت خراب ممکن است اتصال کوتاه یا بازشدگی مشاهده شود.
جمع‌بندی و توصیه کاربردی
زوج دارلینگتون یکی از ساده‌ترین و درعین‌حال کارآمدترین روش‌ها برای تقویت جریان در مدارهای الکترونیکی است. این ساختار با بهره جریان بسیار بالا، امکان کنترل بارهای سنگین مثل موتورها و رله‌ها را تنها با یک جریان ورودی کوچک فراهم می‌کند. البته باید محدودیت‌های آن مثل افت ولتاژ بیشتر و سرعت کمتر را در نظر گرفت.
اشتراک در بله
اشتراک در ایتا
اشتراک در واتساپ
اشتراک در تلگرام
اشتراک در بله
اشتراک در ایتا
اشتراک در واتساپ
اشتراک در تلگرام
کالاهای پیشنهادی
7MBR25SA120
P084
جدیدترین محصولات
