- ダーリントントランジスタペアとその構成：
- ダーリントントランジスタペア電流ゲインの計算：
- ダーリントントランジスタの例：
- ダーリントントランジスタアプリケーション：
- 同一のダーリントントランジスタとは何ですか？
- ダーリントントランジスタIC：
- ULN2003 ICを使用したモーターの切り替え：
ダーリントントランジスタは、1953年に、米国の電気技師兼発明家であるシドニーダーリントンによって発明されました。
ダーリントントランジスタは、互いに接続された2つの標準BJT（バイポーラ接合トランジスタ）トランジスタを使用します。トランジスタのエミッタの1つが他のトランジスタのベースにバイアス電流を供給する構成で接続されたダーリントントランジスタ。
ダーリントントランジスタペアとその構成：
ダーリントントランジスタのシンボルを見ると、2つのトランジスタがどのように接続されているかがはっきりとわかります。以下の画像では、2種類のダーリントントランジスタが示されています。左側はNPNダーリントンで、反対側はPNPダーリントンです。 NPNダーリントンは2つのNPNトランジスタで構成され、PNPダーリントンは2つのPNPトランジスタで構成されていることがわかります。最初のトランジスタのエミッタは他のトランジスタのベースに直接接続されており、2つのトランジスタのコレクタも一緒に接続されています。この構成は、NPNトランジスタとPNPダーリントントランジスタの両方に使用されます。この構成では、ペアまたはダーリントントランジスタがはるかに高いゲインと大きな増幅能力を生み出します。
通常のBJTトランジスタ（NPNまたはPNP）は、ONとOFFの2つの状態の間で動作できます。コレクタ電流を制御するベースに電流を供給する必要があります。ベースに十分な電流を供給すると、BJTは飽和モードに入り、電流はコレクタからエミッタに流れます。このコレクタ電流はベース電流に正比例します。ベース電流とコレクタ電流の比率はトランジスタの電流利得と呼ばれ、ベータ（β）で表されます。一般的なBJTトランジスタでは、トランジスタの仕様に応じて電流ゲインが制限されます。ただし、場合によっては、アプリケーションで、単一のBJTトランジスタでは提供できないより多くの電流ゲインが必要になります。ザ・ダーリントンペアは、 高電流ゲインが必要なアプリケーションに最適です。
相互構成：
ただし、上の画像に示されている構成では、2つのPNPまたは2つのNPNのいずれかが使用されます。他のダーリントン構成があるか、PNPがNPNで使用される、またはNPNがPNPで使用されるクロス構成も使用できます。このタイプのクロス構成は、SziklaiDarlingtonペア構成またはプッシュプル構成と呼ばれます。
上の画像では、SziklaiDarlingtonペアが示されています。この構成では、発熱が少なく、応答時間に関して利点があります。これについては後で説明します。これは、クラスABアンプ、またはプッシュプルトポロジが必要な場合に使用されます。
ここにいる私たちはダーリントントランジスタを使用し、いくつかのプロジェクトは：
- Arduinoを使用して指をタップしてトーンを生成する
- トランジスタを使用した単純な嘘発見器回路
- 長距離IR送信回路
- Arduinoを使用したラインフォロワーロボット
ダーリントントランジスタペア電流ゲインの計算：
下の画像では、2つのPNPまたは2つのNPNトランジスタが一緒に接続されていることがわかります。
ダーリントンペアの全体的な電流ゲインは次のようになります-
電流ゲイン（hFE）= 1番目のトランジスタゲイン（hFE 1）* 2番目のトランジスタゲイン（hFE 2）
上の画像では、2つのNPNトランジスタがNPNダーリントン構成を作成しました。2つのNPNトランジスタT1とT2は、T1とT2のコレクタが接続されている順序で相互に接続されています。必要なベース電流（IB2）を2番目のトランジスタT2のベースに供給する最初のトランジスタT1。したがって、T1を制御しているベース電流IB1は、T2のベースで流れる電流を制御しています。
したがって、コレクタ電流が次の場合、合計電流ゲイン（β ）が達成されます。
β* IB as hFE = fFE 1 * hFE 2
2つのトランジスタコレクタが一緒に接続されているため、合計コレクタ電流（IC）= IC1 + IC2
上述したように今、私たちは、コレクタ電流を得るβ* IBを1
この状況では、現在のゲインは1以上です。
電流利得が2つのトランジスタの電流利得の乗算である方法を見てみましょう。
IB2は、IE1であるT1のエミッタ電流によって制御されます。IE1はT2を介して直接接続されています。したがって、IB2とIE1は同じです。
IB2 = IE1。
この関係をさらに変えることができます
IC 1 + IB 1
以前と同じようにIC1を変更すると、
β 1 IB 1 + IB 1 IB 1（β 1 + 1）
今、以前のように、私たちはそれを見てきました
IC =β 1 IB 1 +β 2 IB 2 として、IB2またはIE2 = IB1（β1+ 1）IC =β 1 IB 1 +β 2 IB 1（β1+ 1） IC =β 1 IB 1 +β 2 IB 1 β 1 +β 2 IB 1 IC = { β 1 +（β 1 +β 2 +β）2 }
したがって、総コレクタ電流ICは、個々のトランジスタのゲインの組み合わせゲインです。
ダーリントントランジスタの例：
入力電圧が15Vの60W負荷は、2つのNPNトランジスタを使用して切り替え、ダーリントンペアを作成する必要があります。最初のトランジスタゲインは30になり、2番目のトランジスタゲインは95になります。負荷を切り替えるためのベース電流を計算します。
ご存知のように、負荷がオンになると、コレクタ電流は負荷電流になります。べき法則に従って、コレクタ電流（IC）または負荷電流（IL）は次のようになります。
I L = I C =電力/電圧= 60/15 = 4アンペア
第一のトランジスタのベース電流利得になるように30と第2のトランジスタのためであろう95（β1= 30とβ2= 95）、我々は次式を用いてベース電流を算出することができます-
したがって、最初のトランジスタベースに1.3mAの電流を流すと、負荷は「オン」に切り替わり、0 mAの電流を流すか、ベースを接地すると、負荷は「オフ」に切り替わります。
ダーリントントランジスタアプリケーション：
ダーリントントランジスタの用途は、通常のBJTトランジスタと同じです。
上の画像では、NPNダーリントントランジスタが負荷の切り替えに使用されています。負荷は、誘導性負荷または抵抗性負荷のいずれでもかまいません。ベース抵抗R1は、NPNダーリントントランジスタにベース電流を供給しています。 R2抵抗は、負荷への電流を制限するためのものです。安定した動作で電流制限が必要な特定の負荷に適用できます。この例が示すように、必要なベース電流は非常に低いため、マイクロコントローラーまたはデジタルロジックユニットから簡単に切り替えることができます。ただし、ダーリントンペアが飽和領域にあるか、完全に状態にある場合、ベースとエミッタの間に電圧降下が発生します。ダーリントンペアの主な欠点です。電圧降下の範囲は0.3Vから1.2Vです。この電圧降下により、ダーリントントランジスタは、完全にオンモードで負荷に電流を供給しているときに熱くなります。また、構成により、2番目の抵抗は最初の抵抗によってオンになり、ダーリントントランジスタの応答時間は遅くなります。このような場合、Sziklai構成は、応答時間と熱性能よりも優れています。
人気のあるNPNダーリントントランジスタはBC517です。
BC517のデータシートによると、上のグラフはBC517のDC電流ゲインを示しています。それぞれ低い方から高い方への3つの曲線は、周囲温度に関する情報を提供しています。25度の周囲温度曲線を見ると、コレクタ電流が約150mAのときにDC電流ゲインが最大になります。
同一のダーリントントランジスタとは何ですか？
同一のダーリントントランジスタには、まったく同じ仕様の2つの同一のペアがあり、それぞれに同じ電流ゲインがあります。これは、第１のトランジスタの電流利得β１が第２のトランジスタの電流利得β２と同じであることを意味する。
コレクタ電流の式を使用すると、同一トランジスタの電流ゲインは次のようになります。
IC = {{ β + 1（β2* β1 ）+ β 2} * IB} IC = {{ β 1 +（β2* β1 ）+ β 1} * IB} β 2 = IB / IC
現在のゲインははるかに高くなります。NPNダーリントンペアの例はTIP120、TIP121、TIP122、BC517であり、PNPダーリントンペアの例はBC516、BC878、およびTIP125です。
ダーリントントランジスタIC：
ダーリントンペアを使用すると、ユーザーはマイクロコントローラーまたは低電流源から数ミリアンペアの電流源でより多くの電力アプリケーションを駆動できます。
ULN2003は、7つのオープンコレクタ出力を備えた大電流ダーリントンアレイを提供する電子機器で広く使用されているチップです。ULNファミリは、ULN2002A、ULN2003A、ULN2004A、複数のパッケージオプションの3つの異なるバリアントで構成されています。ULN2003は広くULNシリーズのバリアントを使用しています。このデバイスには、集積回路内に抑制ダイオードが含まれています。これは、これを使用して誘導性負荷を駆動するための追加機能です。
これがULN2003ICの内部構造です。それは16ピンDIPパッケージ。ご覧のとおり、入力ピンと出力ピンは正反対です。これは、ICの接続が簡単で、PCBの設計がより単純になるためです。
7つのオープンコレクタピンが利用可能です。誘導性負荷関連のアプリケーションに役立つ追加のピンも1つあります。モーター、ソレノイド、リレーなど、フリーホイールダイオードが必要な場合は、そのピンを使用して接続できます。
入力ピンはTTLまたはCMOSと互換性があり、反対側では出力ピンは大電流をシンクすることができます。データシートによると、ダーリントンペアは500mAの電流をシンクすることができ、600mAのピーク電流に耐えることができます。
上の画像には、各ドライバーの実際のダーリントンアレイ接続が示されています。これは7つのドライバーで使用され、各ドライバーはこの回路を構成します。
ULN2003のピン1からピン7までの入力ピンにHighが提供されている場合、出力はLowになり、電流をシンクします。また、入力ピンにLowを供給すると、出力は高インピーダンス状態になり、電流をシンクしません。ピン9がために使用されるフリーホイールダイオード。ULNシリーズを使用して誘導性負荷を切り替える場合は、常にVCCに接続する必要があります。また、ピン1をピン2に接続し、ピン16と15を接続できるように、2つのペアの入力と出力を並列化することで、より現在のアプリケーションを駆動することもできます。 より高い電流負荷を駆動するための2つのダーリントンペアを並列接続します。
ULN2003は、マイクロコントローラーでステッピングモーターを駆動するためにも使用されます。
ULN2003 ICを使用したモーターの切り替え：
このビデオでは、モーターはオープンコレクターの出力ピンの両端に接続されていますが、入力では、約500nA（.5mA）の電流を供給し、モーターの両端に380mAの電流を制御しています。これは、少量のベース電流がダーリントントランジスタのはるかに高いコレクタ電流を制御できる方法です。
また、モーター を使用する場合、ピン9はVCCの両端に接続され、フリーホイール保護を提供します。
抵抗は低いプルアップを提供し、ソースから電流が流れていないときに入力をLOWにします。これにより、出力が高インピーダンスになり、モーターが停止します。入力ピンに追加の電流が流れると、逆のことが起こります。