一文读懂达林顿管:复合管的原理、类型与应用全解析

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在电子学的广袤天地里,晶体管放大器作为核心组件,构建起现代电子设备的基石。而达林顿管,作为晶体管放大器家族中的重要成员,其独特的结构与原理,吸引着众多电子爱好者与专业人士深入探究。今天,就让我们借助 “晶体管放大器结构原理图解”,一同揭开达林顿晶体管的神秘面纱。从功率放大器到稳压电源,从电机调速到逆变电路,达林顿管的身影无处不在,它以卓越的性能为各类电子设备注入强大动力。
 
达灵顿晶体管
 
达林顿管,又被称作复合管,它采用了一种巧妙的复合连接方式,将两只三极管以特定方式组合在一起,从而形成一只等效的新三极管。这里有个有趣的小知识,等效三极管的极性取决于前面的三极管。而且,这只等效三极管的放大倍数相当可观,是两个三极管放大倍数的乘积。这一特性使得达林顿管在众多电子电路中大显身手。
 
达林顿管的连接方式多种多样,其中常见的有四种:NPN + NPN、PNP + PNP、NPN + PNP、PNP + NPN。前两种属于同极性接法,而后两种则是异极性接法。以 NPN + PNP 这种接法为例,我们将前一级三极管 T1 的输出连接到下一级三极管 T2 的基极,这样两级管子就共同构成了复合管。不过,这里面还有个小细节需要注意,为了避免后级 T2 管子导通时影响前级管子 T1 的动态范围,T1 的 CE 不能直接接到 T2 的 BE 之间,而必须连接到 CB 间。具体来说,设前一三极管 T1 的三个电极分别为 C1、B1、E1,后一三极管 T2 的三个电极分别为 C2、B2、E2,那么达林顿管的正确接法应该是:C1 和 B2 连接在一起,E1 和 C2 连接在一起。这样等效三极管 CBE 的管脚就确定了,C = E1,B = B1,E = E1(也就是 C2),并且等效三极管的极性与前一三极管相同,即为 NPN 型。PNP + NPN 的接法与上述类似。
 
在达林顿管的结构中,由同型管构成的复合管被称为达林顿管。在一些电路设计中,我们会看到一个电阻 R1,它被称为泄放电阻,其重要作用是减小复合管的穿透电流 ICEO,从而保证电路的稳定运行。
 
达林顿管本质上是由两个或更多个双极性晶体管组成的复合结构,这种结构使得第一个双极性晶体管放大的电流能够进一步被放大,进而提供比单个双极性晶体管高得多的电流增益。它通常被封装在一个单一的芯片里,从外观上看就如同一个普通的双极性晶体管。以两个相同极性的三极管组成的达林顿管为例,前面三极管的集电极与后面三极管的集电极相连,前面三极管的发射极与后面三极管的基极相连,而且前面三极管的功率一般比后面三极管小。前面三极管的基极就是达林顿管的基极,后面三极管的发射极则是达林顿管的发射极。
 
达林顿管根据组成的晶体管类型不同,可分为 PNP 和 NPN 达林顿晶体管。如果达林顿对由两个 PNP 晶体管组成,就构成了 PNP 达林顿晶体管;若由两个 NPN 晶体管组成,则形成 NPN 达林顿晶体管。对于这两种类型的晶体管,它们的集电极端子是共用的。在 PNP 晶体管中,基极电流被输送到第二晶体管的发射极端子;而在 NPN 晶体管中,发射极电流被提供给第二晶体管的基极端子。相较于使用两个独立的晶体管,达林顿晶体管由于共用集电极端子,所需的空间更小,这在集成电路设计中具有很大的优势。
 
达林顿管的基本电路由一对双极晶体管耦合而成,旨在从低基极电流中获得极高的电流增益。在这个电路中,输入晶体管的发射极与输出晶体管的基极端子相连,它们的基极和集电极也连接在一起。如此一来,电流先经过第一晶体管放大,然后再由第二晶体管进一步放大,最终该晶体管就如同一个具有高电流增益的单个晶体管一样工作。它同样具有三个端子,即基极、发射极和集电极,与标准单个晶体管的端子一致。要使这个晶体管导通,达林顿对中串联的两个 BE 端子上的电压需要达到 0.7V,也就是说总共需要 1.4V 才能开启。
 
在实际应用中,达林顿管对可采用完整封装的形式,当然,电子爱好者们也可以自行用两个晶体管组装。在达林顿管对中,初级晶体管通常是低功率类型,而次级晶体管一般需要承受高功率。主晶体管的最大集电极电流与次级晶体管相近。达林顿管的电路配置在电气和电子电路的众多应用中都展现出了巨大的价值。与其他形式的晶体管电路相比,使用达林顿管对电路具有诸多优点,例如它能够大大降低器件对驱动功率的要求,这使得它在电力电子装置中的应用愈发普及。同时,达林顿管还具备高电压增益、非常高的电流增益以及高输入阻抗等特性,常被用于功率放大器、开关电路等需要高增益的电路中。
 
达林顿管在电子领域的应用极为广泛,从我们日常使用的电子设备到复杂的工业控制系统,都离不开它的助力。它在功率放大器中,能够有效地放大信号功率,为我们带来清晰、响亮的声音;在稳压电源里,帮助维持稳定的电压输出,保障电子设备的正常运行;在大功率开关电路中,实现对大电流的快速开关控制;在电机调速系统里,精准地调节电机的转速;在逆变电路中,将直流电转换为交流电,满足不同设备的用电需求。
 
可以说,达林顿管以其独特的结构和卓越的性能,在电子技术的发展历程中留下了浓墨重彩的一笔。随着科技的不断进步,相信达林顿管将在更多领域发挥重要作用,为电子设备的创新与发展提供源源不断的动力。无论是电子工程师在设计复杂电路时对它的倚重,还是电子爱好者在探索电子世界时对它的好奇,达林顿管都无疑是电子领域中一颗璀璨的明星,持续散发着它的魅力与光芒。
 
关键词:达灵顿晶体管
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达林顿管基于复合连接原理工作,通过将两只三极管按特定方式组合,实现高电流增益功能。其独特的结构设计,使得放大倍数为两管放大倍数乘积,此特性在各类电路中至关重要。制造上采用特定构造优化性能,多种接法如 NPN + NPN、PNP + NPN 等,满足不同电路需求。在功率放大、开关等众多电路中广泛应用,通过有效放大电流实现特定功能,极大推动电子电路技术发展。

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