Transistor Darlington
Diagrama de la configuración Darlington.
En electrónica, el transistor Darlington o Darlington o AMP AMP es es un dispositivo semiconductor que que Darlington)) en un combina dos transistores transistores bipolares bipolares en un tándem (a veces llamado par llamado par Darlington único dispositivo. La configuración (originalmente realizada con dos transistores separados) fue inventada por el ingeniero de los Laboratorios ell !idne" ell !idne" Darlington. La idea de poner dos o tres transistores sobre un c#ip fue patentada por $l, pero no la idea de poner un número arbitrario de transistores que originar%a la idea moderna de circuito integrado. integrado.
Comportamiento &editar ' Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente ", al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que dos transistores normales en la misma configuración. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales. n dispositivo t%pico tiene una ganancia en corriente de *** o superior. +ambi$n tiene un ma"or desplazamiento de fase en altas frecuencias frecuencias que que un único transistor, de a#% que pueda convertirse fácilmente en inestable. La tensión baseemisor tambi$n es ma"or, siendo la suma de ambas tensiones baseemisor, " para transistores de silicio es superior a .-. La beta de un transistor o par darlington se #alla multiplicando las de los transistores individuales. la intensidad del colector se #alla multiplicando la intensidad de la base por la beta total.
!i β !i β1 " " β β2 son son suficientemente grandes, se da que/
n inconveniente es la duplicación dup licación apro0imada de la baseemisor de tensión. 1a que #a" dos uniones entre la base " emisor de los transistores Darlington, el volta2e baseemisor equivalente es la suma d e ambas tensiones baseemisor/
3ara la tecnolog%a basada en silicio, en la que cada Ei es de apro0imadamente *,45 cuando el dispositivo está funcionando en la región activa o saturada, la tensión baseemisor necesaria de la pare2a es de ,6 .
7tro 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), "a que su tensión colector emisor es a#ora igual a la suma de su propia tensión baseemisor " la tensión colectoremisor del primer transistor, ambas positivas en condiciones de funcionamiento normal. (En ecuaciones,
,
as% siempre.) 3or lo tanto, la tensión de saturación de un transistor Darlington es un E (alrededor de *,45 en silicio) más alto que la tensión de saturación de un solo transistor, que es normalmente *, *,- en el silicio. 3ara corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia disipada por el transistor Darlington comparado con un único transistor. 7tro problema es la reducción de la velocidad de conmutación, "a que el primer transistor no puede in#ibir activamente la corriente de base de la segunda, #aciendo al dispositivo lento para apagarse. 3ara paliar esto, el segundo transistor suele tener una resistencia de cientos de o#mios conectada entre su base " emisor. Esta resistencia permite una v%a de descarga de ba2a impedancia para la carga acumulada en la unión base emisor, permitiendo un rápido apagado.
Transistores y electrónica de potencia&editar ' 8on el desarrollo tecnológico " evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez ma"ores niveles de tensión " corriente #a permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es as% como actualmente los transistores son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores " llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado.
El transistor bipolar como amplificador&editar ' El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (9odelo de Ebers9oll), uno entre base " emisor, polarizado en directo " otro diodo entre base " colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base " emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir *,4 a *,: para un transistor de silicio " unos *,6 para el germanio. Lo interesante del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base/ ;8 < = ;, es decir, ganancia de corriente cuando =>. 3ara transistores normales de se?al, = var%a entre ** " @**. Entonces, e0isten tres configuraciones para el amplificador/
Emisor común&editar '
Emisor común.
La se?al se aplica a la base del transistor " se e0trae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la se?al de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente. En caso de tener resistencia de emisor, AE > 5* B, " para frecuencias ba2as, la ganancia en tensión se apro0ima bastante bien por
la siguiente e0presión/
C " la impedancia de salida, por A8
8omo la base está conectada al emisor por un diodo en directo, entre ellos podemos suponer una tensión constante, g. +ambi$n supondremos que = es constante. Entonces tenemos que la tensión de emisor es/
1 la corriente de emisor/
.
La corriente de emisor es igual a la de colector más la de
base/
. Despe2ando
La tensión de salida, que es la de colector se calcula
como/
8omo = >> , se puede apro0imar/
entonces,
ue podemos escribir como
",
emos que la parte
entrada), " la parte
es constante (no depende de la se?al de
nos da la se?al de salida. El signo negativo indica que la
se?al de salida está desfasada :* respecto a la de entrada.
Finalmente, la ganancia queda/
La corriente de entrada,
por
, que apro0imamos
.
!uponiendo que >>g, podemos escribir/
" la impedancia de entrada/ 3ara tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más elaborados. Es mu" frecuente usar el modelo en pi.
Base común&editar '
ase común.
La se?al se aplica al emisor del transistor " se e0trae por el colector. La base se conecta a las masas tanto de la se?al de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es ba2a " la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. !i a?adimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de se?al, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la
ganancia apro0imada siguiente/
.
La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de se?al de ba2a impedancia de salida como, por e2emplo, micrófonos dinámicos.
Colector común&editar '
8olector común.
La se?al se aplica a la base del transistor " se e0trae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la se?al de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. La impedancia de entrada es alta, apro0imadamente =G veces la impedancia de carga. Hdemás, la impedancia de salida es ba2a, apro0imadamente = veces menor que la de la fuente de se?al.
El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica&editar ' Hntes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen caracter%sticas el$ctricas similares a la de lostransistores de efecto campo (FE+)/ la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado re2illa. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias/ •
Las válvulas necesitan tensiones mu" altas, del orden de las centenas de voltios, que son peligrosas para el ser #umano.
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Las válvulas consumen muc#a energ%a, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con bater%as.
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3robablemente, uno de los problemas más importantes #a"a sido el peso. El c#asis necesario para alo2ar las válvulas " los transformadores requeridos para su funcionamiento sumaban un peso importante, que iba desde algunos Iilos a decenas de Iilos.
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El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es mu" corto comparado con el de los transistores, sobre todo a causa del calor generado.
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Las válvulas presentan una cierta demora en comenzar a funcionar, "a que necesitan estar calientes para establecer la conducción.
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El transistor es intr%nsecamente insensible al efecto microfónico, mu" frecuente en las válvulas.
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Los transistores son más peque?os que las válvulas, incluso que los nuvistores. Hunque e0iste unanimidad sobre este punto, conviene #acer una salvedad/ en el caso de dispositivos de potencia, estos deben llevar un disipador, de modo que el tama?o que se #a de considerar es el del dispositivo (válvula o transistor) más el del disipador. 8omo las válvulas pueden funcionar a temperaturas más elevadas, la eficiencia del disipador es ma"or en ellas que en los transistores, con lo que basta un disipador muc#o más peque?o.
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Los transistores traba2an con impedancias ba2as, o sea con tensiones reducidas " corrientes altasC mientras que las válvulas presentan impedancias elevadas " por lo tanto traba2an con altas tensiones " peque?as corrientes.
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Finalmente, el costo de los transistores no solamente era mu" inferior, sino que contaba con la promesa de que continuar%a ba2ando (como de #ec#o ocurrió) con suficiente investigación " desarrollo.
