डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर

डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर (एनपीएन-प्रकार)

इलेक्ट्रॉनिक्स में, मल्टी-ट्रांजिस्टर कॉन्फ़िगरेशन जिसे डार्लिंगटन कॉन्फ़िगरेशन (आमतौर पर डार्लिंगटन जोड़ी कहा जाता है), जोकि एक परिपथ होता है जिसमें दो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर होते हैं, जिसमें एक ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक दूसरे के आधार से जुड़ा होता है, जैसे कि पहले ट्रांजिस्टर द्वारा प्रवर्धित धारा दूसरे द्वारा और बढ़ाया जाता है। दोनों ट्रांजिस्टर के संग्राहक एक साथ जुड़े हुए हैं। अलग-अलग लिए गए प्रत्येक ट्रांजिस्टर की तुलना में इस कॉन्फ़िगरेशन में बहुत अधिक विद्युत धारा वृद्धि है। यह कार्य करता है और प्रायः एक ट्रांजिस्टर के रूप में पैक किया जाता है। इसका आविष्कार 1953 में सिडनी डार्लिंगटन ने किया था।

व्यवहार

MJ1000 में चिप का दृश्य

डार्लिंगटन जोड़ी एक एकल ट्रांजिस्टर की तरह व्यवहार करती है, जिसका अर्थ है कि इसका एक आधार, कलेक्टर और अमीटर है। यह आमतौर पर एक उच्च विद्युत धारा वृद्धि बनाता है (लगभग दो ट्रांजिस्टर के लाभ का उत्पाद, इस तथ्य के कारण कि उनके β मान एक साथ गुणा होते हैं)। यौगिक विद्युत धारा वृद्धि और व्यक्तिगत लाभ के बीच एक सामान्य संबंध द्वारा दिया गया है:

$\beta _{\mathrm {Darlington} }=\beta _{1}\cdot \beta _{2}+\beta _{1}+\beta _{2}$

यदि β ₁ और β ₂ पर्याप्त उच्च (सैकड़ों) हैं, तो इस संबंध को इसके साथ अनुमानित किया जा सकता है:

$\beta _{\mathrm {Darlington} }\approx \beta _{1}\cdot \beta _{2}$

लाभ (एडवांटेज)

एक विशिष्ट डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर का विद्युत धारा वृद्धि 1000 या उससे अधिक है, ताकि जोड़े को बहुत अधिक स्विचित धाराओं पर स्विच करने के लिए एकमात्र एक छोटे से आधारभूत विद्युत धारा की आवश्यकता हो।

अन्य लाभ में परिपथ के लिए एक बहुत ही उच्च इनपुट प्रतिबाधा प्रदान करना सम्मिलित है जो आउटपुट प्रतिबाधा में समान कमी में भी अनुवाद करता है।

इस परिपथ को बनाने में आसानी भी एक लाभ प्रदान करती है। यह एकमात्र दो अलग -अलग एनपीएन (या पीएनपी) ट्रांजिस्टर के साथ बनाया जा सकता है, और विभिन्न प्रकार के एकल पैकेजों में भी उपलब्ध है।

दोष (डिसएडवांटेज)

दोष बेस-एमिटर वोल्टेज का लगभग दोगुना होना है। चूंकि डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर के बेस और एमिटर के बीच दो जंक्शन हैं, समतुल्य बेस-एमिटर वोल्टेज दोनों बेस-एमिटर वोल्टेज का योग है:

$V_{BE}=V_{BE1}+V_{BE2}\approx 2V_{BE1}\!$

सिलिकॉन-आधारित तकनीक के लिए, जहां प्रत्येक V_BEi लगभग 0.65 V होता है जब डिवाइस सक्रिय या संतृप्त क्षेत्र में काम कर रहा होता है, जोड़ी का आवश्यक बेस-अमीटर वोल्टेज 1.3 V होता है।

डार्लिंगटन जोड़ी का एक और दोष इसकी बढ़ी हुई संतृप्ति वोल्टेज है। आउटपुट ट्रांजिस्टर को संतृप्त करने की अनुमति नहीं है (यानी इसका बेस-कॉलेक्टर जंक्शन रिवर्स-बायस्ड रहना चाहिए) क्योंकि पहला ट्रांजिस्टर, जब संतृप्त होता है, तो कलेक्टर और दूसरे ट्रांजिस्टर के आधार के बीच पूर्ण (100%) समानांतर ऋणात्मक प्रतिक्रिया स्थापित करता है। चूंकि कलेक्टर-अमीटर वोल्टेज अपने स्वयं के बेस-अमीटर वोल्टेज और पहले ट्रांजिस्टर के कलेक्टर-अमीटर वोल्टेज के योग के बराबर है, दोनों सामान्य ऑपरेशन में धनात्मक मात्रा में, यह हमेशा बेस-अमीटर वोल्टेज से अधिक होता है।(प्रतीकों में, हमेशा $\mathrm {V_{CE2}=V_{CE1}+V_{BE2}>V_{BE2}} \Rightarrow \mathrm {V_{C2}>V_{B2}}$) इस प्रकार डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर का संतृप्ति वोल्टेज एक V_BE (सिलिकॉन में लगभग 0.65 V) एकल ट्रांजिस्टर संतृप्ति वोल्टेज से अधिक है, जो आमतौर पर सिलिकॉन में 0.1 - 0.2 V है। समान कलेक्टर धाराओं के लिए, यह दोष एक एकल ट्रांजिस्टर पर डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर के लिए विघटित शक्ति में वृद्धि का अनुवाद करता है। टीटीएल (TTL) लॉजिक परिपथ संचालित होने पर बढ़े हुए कम आउटपुट स्तर परेशानियों का कारण बन सकता है।

अन्य समस्या स्विचिंग गति या प्रतिक्रिया में कमी है, क्योंकि पहला ट्रांजिस्टर दूसरे के बेस करंट को सक्रिय रूप से बाधित नहीं कर सकता है, जिससे डिवाइस स्विच ऑफ करने में धीमा हो जाता है। इसे कम करने के लिए, दूसरे ट्रांजिस्टर में प्रायः इसके आधार और उत्सर्जक टर्मिनलों के बीच जुड़े कुछ सौ ओम (ohm) का प्रतिरोधक होता है। यह अवरोधक बेस-एमिटर जंक्शन पर जमा हुए चार्ज के लिए एक कम-प्रतिबाधा निर्वहन पथ प्रदान करता है, जिससे ट्रांजिस्टर को तेजी से बंद किया जा सकता है।

डार्लिंगटन जोड़ी में एकल ट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च आवृत्तियों पर अधिक चरण बदलाव होता है और इसलिए ऋणात्मक प्रतिक्रिया के साथ अधिक आसानी से अस्थिर हो सकता है (यानी, सिस्टम जो इस कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करते हैं, अतिरिक्त ट्रांजिस्टर विलंब के कारण अनुपयुक्त प्रदर्शन कर सकते हैं)।

संवेष्टन (पैकेजिंग)

डार्लिंगटन जोड़े एकीकृत पैकेज के रूप में उपलब्ध हैं या दो असतत ट्रांजिस्टर से बनाए जा सकते हैं; Q₁, आरेख में बाएं हाथ का ट्रांजिस्टर, एक कम शक्ति वाला प्रकार हो सकता है, लेकिन सामान्य रूप से Q₂ (दाईं ओर) को उच्च शक्ति की आवश्यकता होगी। जोड़ी का अधिकतम संग्राहक विद्युत धारा I_C (अधिकतम) Q₂ का है। विशिष्ट एकीकृत पावर डिवाइस 2N6282 है, जिसमें एक स्विच-ऑफ रेसिस्टर सम्मिलित है और I_C = 10 A पर 2400 का विद्युत धारा वृद्धि है।

एकीकृत डिवाइस दो अलग-अलग ट्रांजिस्टर से कम जगह ले सकते हैं क्योंकि वे एक साझा संग्राहक का उपयोग कर सकते हैं। एकीकृत डार्लिंगटन जोड़े ट्रांजिस्टर जैसे पैकेजों में या एकीकृत परिपथ में उपकरणों की एक सरणी (आमतौर पर आठ) के रूप में संकुल किए जाते हैं।

डार्लिंगटन ट्रिपल

डार्लिंगटन जोड़ी में एक तीसरा ट्रांजिस्टर जोड़ा जा सकता है ताकि एक डार्लिंगटन ट्रिपलेट बनाकर और भी अधिक विद्युत धारा वृद्धि की जा सके। जोड़ी में दूसरे ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक तीसरे के आधार से जुड़ा होता है, क्योंकि पहले ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक दूसरे के आधार से जुड़ा होता है, और तीनों ट्रांजिस्टर के संग्राहक एक साथ जुड़े होते हैं। यह तीन ट्रांजिस्टर के लाभ के उत्पाद के लगभग बराबर विद्युत धारा वृद्धि देता है। हालाँकि विद्युत धारा वृद्धि प्रायः संवेदनशीलता और संतृप्ति विद्युत धारा समस्याओं को सही नहीं ठहराता है, इसलिए इस सर्किट का उपयोग संभवतया ही कभी किया जाता है।

अनुप्रयोग

डार्लिंगटन जोड़े प्रायः पावर ऑडियो प्रवर्धकों के पुश-पुल आउटपुट चरणों में उपयोग किए जाते हैं जो अधिकांश ध्वनि प्रणालियों को चलाते हैं। पूरी तरह से सममित पुश-पुल परिपथ में दो डार्लिंगटन जोड़े उत्सर्जक अनुयायियों के रूप में जुड़े हुए हैं जो धनात्मक और ऋणात्मक आपूर्ति से आउटपुट चलाते हैं:: एक एनपीएन डार्लिंगटन जोड़ी धनात्मक रेल से जुड़ी होती है जो आउटपुट के धनात्मक भ्रमण के लिए विद्युत धारा प्रदान करती है, और एक पीएनपी डार्लिंगटन जोड़ी ऋणात्मक रेल से जुड़ी जो ऋणात्मक भ्रमण के लिए विद्युत धारा प्रदान करती है।

अच्छी गुणवत्ता वाले पीएनपी पावर ट्रांजिस्टर उपलब्ध होने से पहले, अर्ध-सममित पुश-पुल सर्किट का उपयोग किया गया था, जिसमें धनात्मक आपूर्ति रेल से जुड़े एकमात्र दो ट्रांजिस्टर एक एनपीएन डार्लिंगटन जोड़ी थे, और ऋणात्मक रेल की जोड़ी दो और एनपीएन (NPN) ट्रांजिस्टर थी। आम-एमिटर प्रवर्धकों के रूप में जुड़ा हुआ है।

सुरक्षा

डार्लिंगटन की जोड़ी सुरक्षित क्षेत्र के वोल्टेज पर भी त्वक के संपर्क से गुजरने वाली धारा का जवाब देने के लिए पर्याप्त संवेदनशील हो सकती है। इस प्रकार यह स्पर्श-संवेदनशील स्विच का एक नया निविष्ट (इनपुट) चरण बना सकता है।

प्रवर्धन

डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर का उपयोग उच्च-विद्युत धारा परिपथ जैसे LM1084 वोल्टेज नियामक में किया जा सकता है। अन्य उच्च विद्युत धारा अनुप्रयोगों में मोटर्स या रिले के कंप्यूटर नियंत्रण को सम्मिलित करने वाले सम्मिलित हो सकते हैं, जहां विद्युत धारा को कंप्यूटर आउटपुट लाइन के सुरक्षित निम्न स्तर से कनेक्टेड डिवाइस द्वारा आवश्यक राशि तक बढ़ाया जाता है।

यह भी देखें

• विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर
• यूएलएन2003ए
• स्ज़िकलाई जोड़ी, जिसे कभी-कभी "पूरक डार्लिंगटन" कहा जाता है, एक समान विन्यास लेकिन विपरीत प्रकार के ट्रांजिस्टर (एक एनपीएन और एक पीएनपी) के साथ
• एकीकृत इंजेक्शन तर्क (I2L

बाहरी संबंध

• Media related to डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर at Wikimedia Commons
• U.S. Patent 2,663,806 "Semiconductor signal translating device" (Darlington transistor)
• A Darlington pair motor speed control circuit
• ECE 327: Procedures for Output Filtering Lab – Section 4 ("Power Amplifier") discusses Darlington pairs in the design of a BJT-based class-AB current driver in detail.