为什么要使用NPN达林顿晶体管吸收电流?


8

我注意到,NPN达林顿晶体管通常用于吸收电流。为此目的使用PNP会更有意义吗?这样可以避免同时使通过两个结的负载电流分流。当然,我们可能希望在两个晶体管之间共享电流。但在这种情况下,请注意,第二个晶体管仍在承受全部负载(一半通过CE路径,一半通过BE路径)。

因此,为什么晶体管最常用于吸收电流?而不是开车呢?我从来不明白这一点。

例子1

在上面的示例中,将(1)将负载置于晶体管下方似乎更明智;(2)使用PNP达灵顿;甚至更好(3)使用互补的PNP对,如下所示:

例子2

编辑:

为了澄清,我要问的问题之一是:为什么我们不能将这个NPN晶体管原样放置在负载上方?或者,就此而言,将PNP达灵顿放在负载下方?而且,当一对互补的配对看起来更干净时,为什么达林顿夫妇甚至存在?


6
您似乎认为共享电流是达林顿(甚至)功能,但事实并非如此。主要功能是具有很高的电流放大率(Beta)。
Wouter van Ooijen

@WoutervanOoijen我只是提到共享电流。
草皮全能2015年

顺便说一句,这是错误的。在正常情况下,通过Q1的电流要比通过Q2的电流低得多(是Q2的Beta的一部分)。因此,Q1可以针对高Beta /低电流进行优化,而Q2可以针对较高电流进行优化,这通常意味着Beta较低。
Wouter van Ooijen 2015年

1
如果将负载置于晶体管下方,如何使足够的电流流入第一个晶体管的基极?您需要什么电压?
David Schwartz 2015年

1
@SodAlmighty用于基极电流远小于负载电流的情况。因此,使基电流变得更难的任何事情都不是一件好事。
David Schwartz 2015年

Answers:


9

具有NPN达林顿的下沉负载开关使控制信号成为GND参考信号。如果使用高端电源开关,则最典型的情况是控制信号需要向下转换到GND参考信号域。

如今,MCU控制此类设备上的GPIO引脚的几乎所有都是GND参考信号。因此,显而易见的是,为什么许多负载开关使用带有GND参考输入的同步类型组件。


我同意,这是主要原因,加上NPN BJT和N ch FET具有更好的“导通电阻”。PNP或NPN达林顿二极管是可以的,但是如果负载需要直接切换到电源轨,则MOSFET的效率会更高。
安迪(aka Andy)

好吧,好吧,在不知道什么是MCU的情况下,或者显然不是像您这样的电子学专家,我根本不会称其为“显而易见”。
草皮全能2015年

MCU是一个“微控制器单元”,一种经过改进的处理器芯片,具有时髦的信号控制(又名GPIO =“通用输入/输出”)和其他片上外围模块。这些天,您会在烤面包机中找到MCU,更不用说其他地方了。好的MCU数据表通常会在其中提供一些外部电路参考以指导您,因此,如果您有兴趣进一步了解这些信息,我建议您查找其中的一些(例如,www.microchip.com,www.freescale.com)。 。
greenbutterfly

7

关于使用NPN而不是PNP,迈克尔·卡拉斯(Michael Karas)的回答是正确的:您需要接地参考控制信号,因为N型晶体管通常具有比P型等效晶体管更好的特性。

关于您的问题的其他部分:达林顿在两个50-50晶体管之间不共享电流。输入信号到达基极的电流可能会通过它的电流的1%(假设Beta值为100;大多数集成电路NPN的Beta值要高得多(〜250),因此百分比甚至更低)。因此,另一个晶体管承载着99%+的驱动电流。

这是好事,不是坏事。集成的达林顿对以物理布局进行配置,具有明显的尺寸差异,因此主驱动晶体管的结面积比第一个大得多,从而可实现较低的CE导通电阻,从而降低驱动电流并提供更高的最大电流处理能力。无需将多个晶体管并联配对,即使在集成电路上,也可能由于器件差异而导致不均匀的电流分配。

最后,NPN Darlingtons可以很容易地作为单个元晶体管有效地构建在集成电路上;它们共享相同的集电极区域,但具有不同的嵌入式基极/发射极区域(具有我之前提到的大小差异)。将较小的发射器连接到较大的发射器非常简单。我非常确定这是在集成式多达灵顿阵列(例如ULN2k系列)上完成的(我不再拥有访问的详细信息,但是当我在本文中进行研究时确实看到了这种方式)。


这就说得通了。我不明白为什么您不能在负载之上使用NPN达灵顿……
Sod Almighty

1
@Sod-您可以在NPN Darlington高于负载的情况下驱动负载-但是控制信号需要从GND左右摆动至至少比要施加到负载的电压高1.4伏。如果您能提供,那一切都很好。但是,在许多情况下,如果控制输入是一个更简单的信号,而该信号从GND摆动到达林顿的标称导通电压,则更容易,而无需考虑负载发生的电压。
Michael Karas 2015年

@MichaelKaras,以这种方式提供电流时,还必须注意输入晶体管上的发射极-集电极电压;如果IIRC将驱动晶体管的Vce推得太低,则可以通过反转其有效C和E端子来关闭输入晶体管。因此,发射器节点上的电压波动可能会导致达灵顿至少有两个不同的原因导致开关导通和关断!这就是为什么不建议使用NPN来提供电流的原因。
greenbutterfly

@greenbutterfly恐怕我都不了解。如果将CE电压放置在负载上方,为什么将CE电压放置在负载下方,为什么会有所不同?然后...倒转端子?
草皮全能2015年

@MichaelKaras谢谢,您的解释有助于澄清原始答案。
草皮全能2015年

5

在达林顿配置中,较大晶体管的基极电流有助于驱动负载并具有自调节功能。如果一个人需要驱动一个10A的负载,并且想避免假定beta大于40,那么一个人将需要能够以250mA的电流驱动大型晶体管的基极。为了获得250mA的电流,需要以7mA的电流驱动小晶体管的基极。使用达林顿配置,如果负载汲取10A电流,则9.75A电流将流经大晶体管的集电极,而250mA电流将流经小晶体管进入大晶体管的基极。驱动到小晶体管基极的7mA电流将被“浪费”。如果负载降至10mA,则小晶体管的基极仍会消耗7mA的电流,它会流经大晶体管的基极,

在大多数其他配置中,安排大型晶体管在需要时可在其基极上提供250mA的电流,这意味着即使不需要时,仍可将250mA电流馈入大型晶体管的基极。在已知负载需要10A的情况下,这不是问题,但在负载可能需要10uA至10A的任何情况下,在负载需要10mA时浪费250mA可能是不希望的。


有趣,但与我的实际问题无关。
草皮全能

@SodAlmighty:问题在一定程度上是在问,为什么使用达林顿对而不是互补对?灌电流而不是拉电流的原因通常与达林顿的使用无关,除了使用NPN达林顿提供电流相对于基极电压的压降要比使用单个NPN晶体管大。
2015年

我不明白为什么一对免费配对会比达灵顿浪费更多的电流。假设在没有负载电流的情况下,输入晶体管的CE电流为零。另外,我看不出为什么负载下方的电压降与负载上方的电压降没有太大关系。
草皮全能2015年

@SodAlmighty:在大多数带有互补晶体管的电路中,驱动功率晶体管基极的晶体管的发射极将连接到电源轨,而不是功率晶体管的集电极。如果尝试以类似于NPN达林顿发射极跟随器的方式将互补对与NPN输入和PNP输出一起用于高端驱动,则行为似乎在大多数情况下是合理的,但当输入达到正轨时,流经输入的部分电流晶体管将上升,可能超过其极限。
超级猫

4

您应该能够从您自己的图表中看出,下部电路需要接入电源轨,而纯低压侧开关可以预先包装,而无需该连接。


为什么不假设我不知道我在说什么,并解释您的意思?此外,据我所知,下部电路需要通向中性线。但C点指向负载,而不是+ V轨。
草皮全能2015年
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.