Vermogens-darlingtons
De darlingtonversterker wordt in de elektronika veelvuldig toegepast. In die gevallen, waar een kleine stuurstroom moet worden gebruikt om een veel grotere stroom te sturen, of daar, waar een hoge ingangsweerstand van belang is, vormen deze versterkers een handig hulpmiddel. Nu kunnen deze trappen worden opgebouwd met afzonderlijke transistoren, maar in het IC tijdperk is het niet verwonderlijk dat er nu ook geintegreerde darlingtons verkrijgbaar zijn.
In het nu volgende, zullen enkele toepassingen van geintegreerde vermogens-darlingtons worden besproken.
Eigenschappen
De "darlington" is opgebouwd uit twee transistoren, die als emittervolger zijn geschakeld, zie figuur 1.
Figuur 1. De principiele opzet van een darlington-stroomversterker bestaat uit twee galvanisch gekoppelde transistoren.
De voordelen van deze schakeling t.o.v. een enkele transistor zijn:
- een belangrijk grotere sroomversterking, die gelijk is aan het produkt van de stroomversterkingsfaktoren van de afzonderlijke transistoren: βdarlington = βT1 × βT2.
- een veel grotere ingangsweerstand, die gelijk is aan: Rin(D) = Rin1 + (β1 + 1) × Rin2
Naast deze voordelen zijn er echter ook enkele nadelen en wel:
- de verzadigingsspanning is groter en is gelijk aan de verzadigingsspanning van T1 plus de basisemitterspanning van T2. In de praktijk komt dit neer op 1,5 à 2 V bij een Ic van 5 A.
- de basis-emitter drempelspanning van de totale schakeling is gelijk aan de som van de Vbe's van de afzonderlijke transistoren.
Ondanks deze beperkingen wordt de darlingtonversterker in zeer veel gevallen toegepast.
De geïntegreerde darlingtons die momenteel op de markt worden gebracht, zijn bruikbaar bij spanningen tot 40 à 80 V en stromen tot 8 A. De versterkingsfaktor ligt bij een Ic van 5 A, afhankelijk van het type, tussen 500 en 10.000.
Het gebruik van de darlington
Het ontwerpen van schakelingen met de geintegreerde darlingtons is principieel niet anders dan met afzonderlijke transistoren. Het blijft dan ook noodzakelijk om parallel aan elke basisemitter overgang een weerstand te schakelen, om de lekstroom te beperken en om de stabiliteit bij hogere temperaturen te verzekeren. De weerstanden moeten betrekkelijk klein zijn bij grote stromen, dock moeten bij kleine kollektorstromen veel groter zijn omdat anders de stroomversterking te veel wordt beInvloed. Enkele richtlijnen hiervoor zijn uitgewerkt in figuur 2.
Figuur 2. Weerstanden over de emitter-basis-funktie beperken de lekstroom. Voor kollektorstromen groter dan 2 A geldt: RB1E = 2,2 kΩ en RB2E = 100 Ω. Voor kleinere stromen worden: RB1E = 10 kΩ en RB2E = 1 kΩ.
Toepassingen
Vermogens-darlingtons zullen in hoofdzaak worden toegepast in die gevallen waar met grote stromen wordt gewerkt, zoals by. voedingen, schakelversterkers en LF-versterkers. Een eenvoudige vermogensschakelaar is weergegeven in figuur 3. Deze schakeling is geschikt om te worden gestuurd door digitale IC's. Omdat de uitgangsweerstand van DTL en TTL IC's in de 0-toestand zeer laag is, kan de weerstand RB1E komen te vervallen. R1 en D1 zijn nodig om spanningspieken te onderdrukken als de belasting induktief is.
Figuur 3. Een vermogensdarlington als schakelversterker gebruikt en geschikt als afsluiting van digitale ic's.
Figuur 4 geeft de schakeling van een voeding waarin de BDY 88 van Siemens wordt toegepast. De schakeling is ontworpen voor een uitgangsspanning van 12 V, die met R1 kan worden ingesteld en een uitgangsstroom van 2 A. In dit geval is een koelplaat nodig met een termische weerstand van 3,5 °C/W. Als er een lagere spanning wordt ingesteld, dan moet de koelplaat worden vergroot, of de trafospanning worden verkleind.
Figuur 4. Een vermogensdarlington is ideaal als regeltrap in gestabiliseerde voedingen, zoals in dit voorbeeld een 12 V, 2 A voeding.
Een eenvoudige LF-versterker, die geschikt is voor inbouw in auto's, is geschetst in figuur 5. Het uitgangsvermogen is 3 W bij een luidsprekerimpedantie van 4 Ω. De uitgangstransformator kan worden gewikkeld op een EI 60 kern met een luchtspleet van 1 mm. De wikkelgegevens zijn: n1 = n3 = 117 wdg. 0,55 mm CuL, bifilair gewikkeld, n2 = 144 wdg. 0,75 mm CuL. De BDY 88 moet worden geplaatst op een koelplaat met een termische weerstand van 5 °C/W. De toepassingsmogelijkheden van vermogens-darlingtons zijn uiteraard veel groter dan hetgeen hierboven is aangehaald.
Figuur 5. Een eenvoudige 3 W klasse-A versterker met de BDY 88 kan als autoradioversterker worden gebruikt.
F.G. Hebinck.