在电子技术的发展历程中，无数伟大的发明改变了我们的生活和世界。达林顿晶体管便是其中一颗闪耀的明星，它由美国电气工程师和发明家西德尼・达林顿于 1953 年成功发明，自诞生以来，便在电子领域发挥着举足轻重的作用。而在电子元件的璀璨星空中，理想晶体管 - 运放也占据着极为重要的地位，与达林顿晶体管一同推动着电子技术的不断革新。
达林顿晶体管的结构独具匠心，它巧妙地将两个标准的 BJT（双极结型晶体管）晶体管连接在一起。在其独特的配置中，一个晶体管的发射极向另一个晶体管的基极提供偏置电流。从达林顿晶体管的符号，我们能直观地看到其连接方式。常见的有 NPN 达林顿和 PNP 达林顿两种类型，NPN 达林顿由两个 NPN 晶体管组成，PNP 达林顿则由两个 PNP 晶体管构成。它们的第一个晶体管发射极直接跨接在另一个晶体管的基极上，两个晶体管的集电极也相互连接。这种精心设计的配置，赋予了达林顿晶体管更高的增益和强大的放大能力。
我们知道，普通的 BJT 晶体管（NPN 或 PNP）能在 ON 和 OFF 两种状态间切换，通过向基极提供电流来控制集电极电流。当基极电流足够时，BJT 进入饱和模式，集电极电流与基极电流成正比，它们的比值就是晶体管的电流增益，用 Beta (β) 表示。不过，在一些实际应用场景中，单个 BJT 晶体管的电流增益往往无法满足需求。例如，在某些需要驱动大功率负载或者对信号进行深度放大的电路里，就迫切需要更大的电流增益，而达林顿对正是解决这一问题的理想选择。
除了常见的由两个相同类型晶体管组成的配置，达林顿晶体管还有交叉配置，也就是 Sziklai 达林顿对配置或推挽配置，它将一个 PNP 与一个 NPN 搭配使用。这种配置优势明显，产生的热量更少，在响应时间上表现更优，常被应用于 AB 类放大器或需要推挽式拓扑的电路中。
达林顿晶体管对的电流增益计算也有其独特规律。假设两个晶体管的电流增益分别为 hFE₁和 hFE₂，那么达林顿对的总电流增益 hFE 就等于 hFE₁乘以 hFE₂。以两个 NPN 晶体管组成的 NPN 达林顿配置为例，第一个晶体管 T₁为第二个晶体管 T₂的基极提供所需的基极电流 (IB₂)，控制 T₁的基极电流 IB₁就能控制 T₂基极的电流。由于两个晶体管的集电极相连，总集电极电流 (IC) 等于 IC₁ + IC₂ 。经过一系列推导，我们可以得出总集电极电流 IC 是单个晶体管增益的组合增益，这使得达林顿晶体管能够实现更高的电流增益。
为了更直观地理解，我们来看一个实际例子。假设有一个需要使用两个 NPN 晶体管切换的负载，输入电压为 15V，负载功率为 60W。首先，根据功率公式计算出集电极电流（也就是负载电流），IC = IL = 功率 / 电压 = 60 / 15 = 4A。已知第一个晶体管增益为 30，第二个晶体管增益为 95，通过相关公式计算得出，要使负载切换为 “ON”，需要在第一个晶体管基极上施加 1.3mA 的电流；若施加 0mA 电流或将基极接地，负载则切换为 “OFF”。
在实际应用中，达林顿晶体管与普通 BJT 晶体管有相似之处，常被用于切换负载。以 NPN 达林顿晶体管切换负载为例，基极电阻 R₁为其提供基极电流，R₂电阻用于限制流向负载的电流，适用于一些对电流限制有要求的负载。达林顿晶体管的基极电流要求较低，能够轻松地由微控制器或数字逻辑单元进行切换。然而，它也存在一些缺点，当达林顿对处于饱和区完全开启时，基极和发射极之间会出现 0.3V 至 1.2V 的电压降，这会导致晶体管发热；而且由于其配置特点，响应时间相对较慢。相比之下，Sziklai 配置在响应时间和热性能方面具有优势。
在众多达林顿晶体管产品中，流行的 NPN 达林顿晶体管如 BC517，通过其数据表中的直流电流增益曲线，我们可以了解到在不同环境温度下，集电极电流与直流电流增益的关系。以 25 度环境温度曲线为例，当集电极电流在 150mA 左右时，直流电流增益达到最大。
同型达林顿晶体管是达林顿晶体管家族中的特殊成员，它的两个晶体管对规格完全相同，电流增益 β₁与 β₂相等。通过计算可知，其电流增益会更高。常见的 NPN 达林顿对示例有 TIP120、TIP121、TIP122、BC517 等，PNP 达林顿对示例有 BC516、BC878 和 TIP125 等。
此外，达林顿晶体管 IC 也为电子应用带来了极大便利。ULN2003 就是一款广泛应用于电子产品的芯片，它能提供具有七个集电极开路输出的高电流达林顿阵列。ULN 系列还有 ULN2002A、ULN2003A、ULN2004A 等不同变体，并提供多种封装选项。ULN2003 内部包含抑制二极管，这一设计在驱动感性负载时具有显著优势。其内部结构为 16pin 浸入式封装，输入和输出引脚相对，方便连接和 PCB 设计。它的输出引脚能够吸收高电流，每个达林顿对可吸收 500mA 电流，能承受 600mA 的峰值电流。当输入引脚为高电平时，输出为低电平并吸收电流；输入引脚为低电平时，输出处于高阻抗状态，不吸收电流。引脚 9 用于连接续流二极管，在切换感性负载时需连接到 VCC 。通过并联输入和输出引脚，还能驱动更大电流负载。例如在使用 ULN2003 IC 切换电机的实际应用中，只需提供约 500nA（0.5mA）的基极电流，就能控制电机两端 380mA 的电流，充分展现了达林顿晶体管以小电流控制大电流的优势。
达林顿晶体管凭借其独特的结构、强大的电流增益能力以及广泛的应用场景，在电子领域占据着重要地位。尽管它存在一些不足，但随着技术的不断进步和创新，达林顿晶体管及其相关应用必将不断发展和完善，为电子技术的持续进步贡献更多力量。
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