Tarea 1_Transistor Darlington.

Universidad Don Bosco

Facultad de Estudios Tecnológicos Coordinación de Electrónica Técnico Ingeniería en Electrónica Asignatura: Electrónica Avanzada.

Catedrático: Ángel Moreno.

Integrantes:

Carnet

Erick Ernesto Navarrete Reyes.

NR130180

José Francisco Ramos Rosales.

RR130975

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Índice Pag. Introducción………………………………………………………………………………3

Objetivos…………………………………………………………………………………..3

Contenido………………………………………………………………………………… 4

Características principales…………………………………………………………………5

Simbología…………………………………………………………………………………6

Tipos de transistores Darlington……………………………………………………........6-17

Aplicaciones………………………………………………………………………………17

Ventajas…………………………………………………………………………………...18

Desventajas……………………………………………………………………………….18

Conclusiones……………………………………………………………………………...19

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Introducción El presente trabajo ha sido elaborado por estudiantes de la Universidad Don Bosco de la carrera Técnico en Ingeniería Electrónica invitamos al lector a conocer de una manera concisa el manejo de los transistores, su funcionamiento, sus aplicaciones y su manera de amplificación; Estudiaremos la configuración Darlington, como una poderosa herramienta, en el uso electrónico. De una manera secuencial veremos con ayuda de ilustraciones la construcción interna de un arreglo Darlington. Así se podrá entender de una manera concisa el funcionamiento del elemento en sí. Por último queda nuestra expectativa hacia el lector de que mediante la lectura, reciba con agrado lo que hemos plasmado en este informe de laboratorio de Electrónica Avanzada; Y que la comprensión sea oportuna en cada línea que cuidadosamente hemos redactado.

Objetivos 

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Conocer las características principales, funcionamiento, simbología y aplicaciones que poseen los Transistores Darlington. Reconocer los diferentes tipos de Transistores Darlington que pueden existir en el mercado.

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Identificar las diferentes tipos de configuraciones de transistores Darlington.

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Aprender sobre las utilidades y ventajas que nos brindan estos tipos de Transistores.

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Ampliar los conocimientos sobre los Transistores Darlington de manera que puedan ser utilizados en circuitos prácticos. Identificar a los transistores Darlington de acuerdo a sus capacidades.

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Contenido En electrónica, el transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina dos transistores bipolares en cascada (a veces llamado par Darlington) en un único dispositivo. La configuración (originalmente realizada con dos transistores separados) fue inventada por  el ingeniero de los Laboratorios Bell.

Sídney Darlington

Sídney Darlington (18 julio 1906 hasta 31 octubre 1997) fue un ingeniero eléctrico e inventor de un transistor de configuración en el año 1953, el par Darlington. Avanzó el estado de la teoría de redes, el desarrollo del enfoque de síntesis de inserción de la pérdida, e inventó el radar chirrido, visores de bombardeo, y el arma de fuego y cohetes orientación. Darlington unió a Bell Labs en 1929, donde su primer supervisor fue Hendrik Wade Bode, y permaneció allí hasta su jubilación en 1971. En 1945, fue galardonado con la Medalla Presidencial de la Libertad, el honor civil más alto de los Estados Unidos, por su contribución durante la Segunda Guerra Mundial. Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería, que citó sus contribuciones a la teoría de la red eléctrica, radar y sistemas de guía. En 1975, recibió IEEE 's Medalla Edison "Para las contribuciones fundamentales a la teoría de redes y de las invenciones importantes en los sistemas de radar y circuitos electrónicos" y la Medalla de Honor del IEEE en 1981 "Para las contribuciones fundamentales al filtrado y procesamiento de señales de radar que lleva a chirrido”.

Murió en su casa de Exeter, New Hampshire, EE.UU., a la edad de 91 años.

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Hablar de Sídney Darlington es hablar de los inicios de lo que conocemos hoy como los Transistores Darlington ya que la idea de poner dos o tres transistores sobre un chip fue  patentada por él, pero no la idea de poner un número arbitrario de transistores que originaría la idea moderna de circuito integrado.

Características principales. CONEXI ÓN DARL I NGTON 

Una conexión muy popular de dos transistores de unión bipolar para que operen como un transistor con “superbeta” es la conexión Darlington, mostrada en la figura de la izquierda;

Conjunto de transistor Darlington.

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La principal característica de la conexión Darlington es que el transistor compuesto actúa como una sola unidad, con una ganancia de corriente, que es el producto de las ganancias de corriente de los transistores individuales. Si la conexión de hace cuando se utilizan dos transistores separados que tengan ganancias de corriente 1 y 2, la conexión Darlington  proporcionará una ganancia de corriente mucho mayor. Un a conexión Darl in gton de tr ansistores proporci ona un tr ansistor que tiene un a  ganancia de corriente muy gran de, casi siempr e da unos cuan tos de mi les.

Simbología.

Tipos de Transistor Darlington.

Diagrama de la configuración Darlington.

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Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente y, al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que dos transistores normales en la misma configuración. La ganancia total del Darlington es el  producto de la ganancia de los transistores individuales. Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior. También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de ahí que pueda con vertirse fácilmente en inestable. La tensión base-emisor también es mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V.La beta de un transistor o par Darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales. La intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total. Un inconveniente es la duplicación aproximada de la base-emisor de tensión. Ya que hay dos uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es la suma de ambas tensiones base-emisor:

Otro inconveniente del par Darlington es el aumento de su tensión de saturación. El transistor de salida no puede saturarse (es decir, su unión base-colector debe permanecer   polarizada en inversa), ya que su tensión colector-emisor es ahora igual a la suma de su  propia tensión base-emisor y la tensión colector-emisor del primer transistor, ambas  positivas en condiciones de funcionamiento normal.

Así

Por lo tanto, la tensión de saturación de un transistor Darlington es un VBE (alrededor de 0,65 V en silicio) más alto que la tensión de saturación de un solo transistor, que es normalmente 0,1 - 0,2 V en el silicio. Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia disipada por el transistor Darlington comparado con un único transistor. Otro problema es la reducción de la velocidad de conmutación, ya que el primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de base de la segunda, haciendo al dispositivo lento para apagarse. Para evita resto, el segundo transistor suele tener una resistencia de cientos de ohmios conectada entre su base y emisor. Esta resistencia permite una vía de descarga de baja impedancia para la carga acumulada en la unión base-emisor, permitiendo un rápido apagado.

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Conexión Darlington Una conexión muy popular de dos transistores de unión bipolar para que operen como un transistor con “superbeta” es la conexión Darlington, mostrada en la figura de la izquierda;

Conjunto de transistor Darlington.

La principal característica de la conexión Darlington es que el transistor compuesto actúa como una sola unidad, con una ganancia de corriente, que es el producto de las ganancias de corriente de los transistores individuales. Si la conexión de hace cuando se utilizan dos transistores separados que tengan ganancias de corriente 1 y 2, la conexión Darlington  proporcionará una ganancia de corriente de:

Esto significa que la ganancia de corriente en general está dado por la ganancia del primer  transistor multiplicado por la ganancia del segundo transistor como las ganancias de corriente de los dos transistores se multiplican. Si se utilizan dos transistores bipolares idénticos para hacer un solo dispositivo de Darlington entonces la ganancia de corriente global será dado como β 2. En otras palabras, un par de transistores bipolares se combinan  juntos para hacer un circuito de transistor Darlington que es casi idéntica a un solo

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transistor, excepto que la ganancia de corriente es β 2 en lugar de β actúa como un gran transistor, y los transistores Darlington con ganancias de corriente de más de mil con corrientes máximas de colector de varios amperios están disponibles.

Configuración Emisor-Seguidor. Configuración Darlington NPN En la configuración Darlington, este seguidor emisor tiene un par de transistores. En este circuito la corriente de emisor de uno de los transistores, se convierte en la corriente de  base del segundo. La configuración Darlington actúa como un transistor con una beta que es el producto de las betas de los dos transistores. Se utilizan donde son necesarias elevadas corrientes de salida. La impedancia de entrada de la configuración Darlington es bastante alta. La conmutación del segundo transistor puede ser lenta, por lo que comúnmente se conecta una resistencia entre los emisores para aumentar la velocidad de conmutación. Los pares Darlington están disponibles como paquetes individuales, con la resistencia incluida por lo general. Cuando se toma la salida a partir de la terminal del emisor como se muestra en la figura.

Se reconoce a la red como emisor-seguidor. El voltaje de salida siempre es ligeramente menor que la señal de entrada, debido a la caída de la base al emisor, pero la aproximación  por lo general es buena. A diferencia del voltaje del colector, el voltaje está en fase con la señal. Esto es, tanto como mantendrán sus valores pico positivo y negativo al mismo

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tiempo. El hecho de que siga la magnitud de con una relación dentro de fase acredita la terminología emisor-seguidor. De hecho, debido a que el colector está conectado a tierra para el análisis en ac en realidad es una configuración de colector-común. En la que tienen de salida. La configuración emisor-seguidor se utiliza con frecuencia para propósitos de acoplamiento de impedancia. Presenta una alta impedancia en la entrada y una impedancia baja en la salida, la cuál es diferentemente opuesta a la configuración de polarización fija estándar. El efecto que se obtiene es muy similar al que se logra con un transformador, donde se acopla una carga con la impedancia de la fuente para obtener una máxima transferencia de  potencia a través del sistema. Al sustituir el circuito equivalente en la red de la figura mostrada anteriormente, se obtiene la red de la figura a continuación de la sustitución del circuito equivalente en la red ac equivalente de ac de la figura anterior. El efecto de se examinará más adelante A menudo es necesario para conducir una corriente de carga de un par de amplificadores y nuestra señal de comando no puede proporcionar más de una decena de miliamperios a la  base. La relación entre I colector e I base es hFE entonces necesitaríamos una hFE.

Como hFE tiende a ser menor en la saturación, un valor de 200 es difícil de lograr con los transistores normales. Que se puede resolver utilizando dos transistores que se muestra a la derecha. El primero recibe una corriente pequeña en la base, y lo multiplica por hfe. Esta corriente amplificada se inyecta en la base del segundo transistor, que se multiplica por hfe de nuevo. De esta manera se obtiene una corriente dos veces-amplificado de la carga por lo que puede manejar una corriente significativa con un relativamente corriente muy baja en la base. Tipos de Darlington * Transistores Darlington PNP SMD * Transistores Darlington PNP THT * Transistores Darlington NPN SMD * Transistores Darlington NPN THT Ejemplo: El TIP120 es un ejemplo de par Darlington, tiene un encapsulado del tipo TO220.

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Polarización en DC de un circuito Darlington

Haciendo LVK a la malla Colector-Base, obtengo el valor de IB

Puesto que el valor βD y VBE es bastante grande como se indicó en la hoja de datos, se obtiene el valor de IE como sigue:

Los voltajes en DC serían:

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Circuito equivalente en AC. Circuito emisor-seguidor Darlington. La señal de ac de entrada se aplica a la base del transistor Darlington mediante el capacitor C1, mientras que la salida de ac, Vo, se obtiene del emisor a través del capacitor C2.

El transistor Darlington se sustituye por un circuito equivalente compuesto por una resistencia de entrada, r i, y por una fuente de corriente de salida,  β  D I b

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Impedancia de entrada AC.

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Ganancia de corriente AC.

Impedancia de salida AC. Se puede determinar la impedancia de salida para el circuito de ac que se muestra en la siguiente figura:

La impedancia de salida vista por la carga R L se determina al aplicar un voltaje V o y al medir la corriente I o (con la entrada V  s en cero).

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Al poner Vs en 0V se tiene el siguiente circuito:

Ganancia de voltaje AC. La ganancia de voltaje ac del circuito, se puede determinar mediante el siguiente circuito equivalente de ac.

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Características principales. 1. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales, es decir la multiplicación de los transistores individualmente es su ganancia total como Darlington. 2. Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente

3. Es un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior. 4. Tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable. 5. La tensión base-emisor también es mayor, siendo la suma de ambas tensiones baseemisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V.

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6. La beta de un transistor o par Darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales. 7. El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan es cascada.

8. La caída de tensión entre la base y el emisor del transistor Darlington es 1.4 voltios que resulta de la suma de las caídas de tensión de base a emisor del primer transistor  B1 a E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor B2 y E2 (0.7 voltios).Es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeñas.

Aplicaciones En la mayoría de las aplicaciones de la electrónica es suficiente para el circuito de control  para cambiar la tensión de salida de corriente continua o corriente "ON" o "OFF" directamente como algunos dispositivos de salida, tales como LED o pantallas sólo requieren unos pocos miliamperios que operan a bajos voltajes de corriente continua y por  lo tanto puede ser accionado directamente por la salida de una puerta lógica estándar. Sin embargo, generalmente se requiere más energía para operar el dispositivo de salida tal como un motor de corriente continua que puede ser suministrada por una puerta lógica ordinaria. Si el dispositivo de lógica digital no puede suministrar corriente suficiente, entonces se requiere circuitería adicional para accionar el dispositivo y el transistor  Darlington es muy adecuado para este tipo de aplicación. Entre algunos ejemplos de aplicaciones tenemos: 1. Control de motor o relé: Cuando el circuito necesita más corriente que la que puede suministrar un simple transistor, como cuando se quiere controlar un motor o un relé, necesitas emplear un dispositivo que sea capaz de suministrar esta corriente. 2. Un ejemplo sencillo de aplicación es el siguiente: Cuando el pulsador permanece sin accionar la tensión en la base del Darlington es cero y  por lo tanto está en corte, no circulan corrientes y el motor permanece parado. Si se acciona el pulsador, la tensión en la base aumenta y se pasa a saturación, en este momento, el Darlington permite el paso de corriente y el motor se pone en marcha.

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Ventajas La ventaja de usar una disposición como esta, es que el transistor de conmutación es mucho más sensible que sólo se requiere una pequeña corriente de base para cambiar a carga mucho mayor que la ganancia típica de una configuración Darlington es de alrededor de 1,000 mientras que normalmente una sola etapa de transistor produce una ganancia de alrededor de 100. Luego, con una ganancia de 1.000:1 una corriente de 1 mA de entrada  producirá una corriente de 1 ampere en el circuito colector-emisor lo que es ideal para la interfaz con relés, lámparas y motores al microcontrolador de baja potencia, la computadora o los controladores lógicos de salida. Otras ventajas tenemos:

* Todos estos transistores se pueden cargar hasta un 20% de la nominal Ic sin usar  disipador de calor. * Así, por ejemplo, el TIP142 puede administrar 2 amperios sin disipador de calor, y 7,5 amperios con un 5 º C / W disipador de calor. * Todos estos transistores se pueden cargar hasta un 75% de la nominal Ic utilizando un 5 º C / W disipador de calor.

Desventajas Sin embargo, la desventaja de un par de transistores Darlington es la tensión mínima entre la base y el emisor cuando está completamente saturado. A diferencia de un solo transistor  que tiene una caída de tensión saturada de entre 0,3 V y 0,7 V cuando está completamenteON, un dispositivo de Darlington ha dos veces la caída de tensión de base-emisor (1,2 V en lugar de 0,6 V) como la caída de tensión de base-emisor es el suma del diodo base-emisor  de gotas de los dos transistores individuales que pueden ser 0,6 V a 1,5 V en función de la corriente a través del transistor. Esto significa que la caída de tensión mayor que el transistor se calentará más y por lo tanto requiere una buena disipación de calor. Además, los transistores Darlington tienen tiempos de respuesta más lentos, ya que toma más tiempo  para que el transistor esclavo TR1 para convertir el maestro transistor TR1 "ON" o "OFF". Otras desventajas tenemos:

* Se pueden dañar debido a la electricidad estática. * Presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada. * Presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.

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Conclusiones. Al terminar este reporte hemos comprendido que son los Transistores Darlington, sus configuraciones, los tipos de Transistores Darlington que existen, sus ventajas y desventajas que como Transistores pueden tener, así como sus características principales como que su ganancia es el producto de los transistores individuales, es decir la multiplicación de los transistores individualmente es su ganancia total como Darlington. También podemos mencionar que una conexión Darlington de transistores proporciona un transistor que tiene una ganancia de corriente muy elevada, reconocida como la red emisorseguidor. El voltaje de salida siempre es ligeramente menor que la señal de entrada, debido a la caída de la base al emisor, pero la aproximación por lo general es buena. A diferencia del voltaje del colector, el voltaje está en fase con la señal. Esto es, tanto como mantendrán sus valores  pico positivo y negativo al mismo tiempo. El transistor bipolar como amplificador y el circuito amplificador en emisor común. Podemos fijar el punto de trabajo del transistor, dejando accesible el terminal de base para  poder introducir la señal de entrada, y el del colector para poder extraer la de salida, y trabajar así, en pequeña señal, en la configuración de emisor común.

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