Загальна інформація
Застосування
Транзистори
Якщо сигнал потрібно підсилити дуже сильно, застосовують схему Дарлінгтона. Вона належить до базових схем, які можна побудувати на транзисторах. Схему Дарлінгтона зазвичай виконують на двох, іноді й на трьох транзисторах. Ці транзистори з'єднують так, щоб струм емітера (або колектора) попереднього транзистора дорівнював струмові бази наступного транзистора. Таке з'єднання дає дуже високе підсилення струму. Тому схеми Дарлінгтона трапляються й у багатьох потужних підсилювачах. Їхнє підсилення струму наближено обчислюється як добуток окремих підсилень відповідних транзисторів:
≈.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з принципом дії транзистора.
Принцип
У схемі Дарлінгтона підсилений першим транзистором струм емітера використовується як струм бази для другого транзистора і підсилюється ним ще раз.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
У цьому досліді учням слід продемонструвати, що підсилення струму можна збільшити, поєднавши два транзистори.
Завдання
Доведи, що підсилення струму можна істотно збільшити, поєднавши два транзистори у схему Дарлінгтона.
Інша інформація (3/3)
Значення підсилення струму використаних транзисторів можуть сильно різнитися між собою. Тому одержані виміряні значення можуть істотно відрізнятися від наведених тут.
Опір слугує для обмеження струму колектора і тим самим запобігає тепловому руйнуванню транзисторів.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Якщо сигнал потрібно підсилити дуже сильно, застосовують схему Дарлінгтона. Вона належить до базових схем, які можна побудувати на транзисторах.
Потужні транзистори мають, порівняно з малосигнальними транзисторами, істотно менше підсилення струму B (множник для відношення між керуючим і робочим струмом: 5–10 проти 100–1000 у малосигнальних транзисторів) і тому потребують великих керуючих струмів, які завдяки схемі Дарлінгтона можна відповідно зменшити. Тому одне з найважливіших застосувань - вмикання або вимикання струму значно більшої потужності за допомогою керуючого струму малої потужності.
Інше застосування - підсилення аналогових сигналів. Причина в тому, що там керуючі струми надто малі, щоб керувати потужними транзисторами безпосередньо. Крім того, залежність від температури, а отже й установлення робочої точки, у транзисторів Дарлінгтона відносно некритична. Завдяки опору між базою та емітером потужного транзистора струм спокою в межах від до є наближено лінійним. Це дає змогу уникнути спотворень.
Теорія (2/2)
Перевага цієї технології в тому, що за незмінних потреб у місці можна досягти значно більшого підсилення струму, тобто потрібні керуючі струми менші. Загальне підсилення (великий сигнал) при цьому приблизно дорівнює добутку підсилень обох окремих транзисторів ( або ): ≈ , аналогічно для малосигнального підсилення струму : ≈ .
У сучасних потужних схемах Дарлінгтона підсилення струму лежить у межах 1000 і вище. Для малосигнального підсилення струму досягаються навіть коефіцієнти підсилення до 50 000.
Недоліком натомість є більший, порівняно з одним транзистором, фазовий зсув, через що за від'ємного зворотного зв'язку швидше можуть виникати нестабільності. Зокрема й із цієї причини транзистори Дарлінгтона здебільшого не придатні для високочастотних застосувань.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
- Познач транзистори як і .
- Збери установку з транзистором відповідно до зображення ліворуч.
Виконання (1/3)
- Вибери для вимірювального приладу в колі бази діапазон вимірювання .
- Вибери для вимірювального приладу в колі колектора діапазон вимірювання .
- Встанови на блоці живлення напругу -.
- Закріпи кишеньковий ліхтарик за допомогою штативного приладдя на краю демонстраційної дошки і освітлюй фотодіод так, щоб сила фотоструму не перевищувала значення .
- Запиши виміряні значення сили струму бази та сили струму колектора транзистора.
- Повтори дослід із транзистором .
Виконання (2/3)
- Розшир установку відповідно до зображення ліворуч і перемкни діапазон вимірювання сили струму колектора ICD на .
Виконання (3/3)
- Запиши виміряне значення сили струму колектора схеми Дарлінгтона.
- Освітлюй фотодіод так само, як у 1-му досліді.
- Запиши виміряне значення сили струму бази схеми Дарлінгтона.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Для обох транзисторів і було одержано такі результати вимірювань:
Таблиця 1
Для схеми Дарлінгтона було виміряно такі значення сили струму:
Опрацювання результатів
За результатами вимірювань можна одержати такі підсилення:
Таблиця 2
Фотострум фотодіода підсилюється транзистором від до . Якщо схему розширити другим транзистором до схеми Дарлінгтона, то сила струму зростає від ще раз до . Отже, сила струму стала приблизно у 17000 разів більшою.
У схемі Дарлінгтона підсилений першим транзистором струм емітера використовується як струм бази для другого транзистора і підсилюється ним ще раз. Загальне підсилення струму схеми Дарлінгтона наближено дорівнює добутку підсилень струму окремих транзисторів:
≈