A kezdeti magyar szakirodalomban a Darlington kapcsolást "bipoláris béta-sokszorozó" néven illették, biztosan van olyan magyar mérnök aki a mai napig azt használja, de a Darlington kapcsolást ekként nevezni napjainkban, olyan talán mint gőzpöfögészeti tovalöködöncnek nevezni a gőzmozdonyt (magyar nyelvújítás kora: 1700-as évek vége - 1800-as évek eleje).

Darlington kapcsolás

A Darlington kapcsolás Sidney Darlington, amerikai villamosmérnök találmánya, melyet 1952-ben alkotott meg még a Bell laboratórium dolgozójaként (szabadalmaztatva: 1953. december 22-én - U.S. Patent 2,663,806).

A Darlington kapcsolás lényege, hogy két azonos típusú (elrendezésű) tranzisztor közvetlen csatolásával egy nagyobb áramerősítési tényezőjű alapkapcsolást hoznak létre. Létrehozható tehát NPN tranzisztorokból és PNP tranzisztorokból is.

A két tranzisztorból felépített kapcsolásban a két tranzisztor áramerősítési tényezője összeszorzódik, ugyanis a második fő-tranzisztor bázisán az első tranzisztor által már felerősített áram folyik be. A fenti egyszerűsített kialakítás is működőképes, viszont integrált kivitelben meredekséget, nyugalmi állapotot és zajcsökkentést segítő ellenállások is megtalálhatók a kialakításban, lásd. ULN adatlap.

Emitter-bázis-kollektor kiosztás ilyenkor a fő nagyteljesítményű tranzisztornak megfelelően adódik. Sok esetben egy tokban integrálva is kaphatók Darlington tranzisztorok, ezen tranzisztoroknál fizikailag rétegszerkezetben kerül kialakításra a Darlington kapcsolás, egy nagyobb P vagy N réteggel. Ez látható az alábbi struktúra (szaknevén vertical structure) ábrán:

Ilyen tranzisztor például a BC517 vagy BDX33/BDX34, stb. Adott esetben több Darlington tranzisztort is integrálnak egy tokba, ilyen például az ULN2003, vagy ULN2803 is.

Előnyök

Míg egy hagyományos tranzisztor áramerősítési tényezője (azaz hFE vagy Béta) kb. 100-600 között található, addig a Darlington tranzisztor kapcsolásokkal 1000 és 30.000 közötti áramerősítés érhető el, de természetesen nem hátrányok nélkül. 

A kapcsolás bemeneti ellenállása Darlington kapcsolás esetén az emitter / terhelőellenállás és az áramerősítési tényező négyzetének szorzatával egyenlő.

Fentiekből eredően a Darlington tranzisztorok nagyon hasznosak logikai áramkörök kimenetének erősítésére, ugyanis a logikai áramkörök kis kimeneti terhelhetőséggel rendelkeznek.

Hátrányok

A hagyományos egy-tranzisztoros kapcsolások esetében a telítési (szaturációs) állapotban a kollektor-emitter feszültség 0,2 ... 0,7V között alakul, addig Darlington kapcsolások esetén a kollektor-emitter feszültség 0,6 ... 2,2V között alakul, mely azt jelenti, hogy jelentősen nagyobb a disszipáció a fő teljesítménytranzisztoron (rajzokon a jobb oldalon).

Ezeken felül a bekapcsoláshoz szükséges bázis-emitter feszültség is magasabb, a legtöbb esetben legalább 1,2-1,3V szükséges (hiszen bázis oldalról nézve két PN-PN átmenet - azaz két dióda látható), míg hagyományos egy tranzisztoros megoldásnál ez 0,6-0,7V körülre adódik.

Sziklai-pár kapcsolás

A Sziklai-pár kapcsolást George Clifford Sziklai (Sziklai György), budapesti születésű, de Amerikában élő és dolgozó villamosmérnök hozta létre. Angolnyelvű irodalomban is "Sziklai-pair" néven ismert, és használt alapkapcsolás. Optocsatolós kapcsolásokban és audio-erősítő fokozatokban is előszeretettel alkalmazott.

Szakszerűtlenül nézve, a Sziklai-pár alapkapcsolás egy speciális vegyes kialakítású Darlington pár. Működési elve nagyban megegyezik a Darlington kapcsolással, viszont számos előnye van.

A Sziklai-pár alapkapcsolás 1960. december 27-én került szabadalmi védjegy alá (U.S. Patent 2,966,632). Említik még továbbá "Complementary Feedback Pair" alapkapcsolásként is.

A Sziklai-pár kialakítás szintén lehet NPN és PNP típusú, ám ez esetben mivel vegyes kialakításról van szó, így az előfokozat tranzisztora határozza meg az Emitter-Kollektor kiosztást.

A Sziklai párban egy NPN és egy PNP tranzisztor található, fő-fokozati kialakítás szempontjából a típusnevet az előfokozat típusa viseli, így amikor az előfokozat NPN tranzisztorból áll, akkor a Sziklai-pár alapkapcsolás NPN típusú.

A kapcsolásban egy opcionális felhúzó/lehúzó ellenállás is szerepel, ez a kapcsolási meredekség (slew-rate) fokozása esetén és nyugalmi állapot kikényszerítése miatt szükséges (és szükséges természetesen méretezni is), de az egyperces cikkben erre nem térünk most ki.

Többi "Sziklai": Push-pull kialakítás (U.S. Patent 2,762,870), vagy csökkentett keresztezési torzítású komplementer push-pull (U.S. Patent 2,791,644).

Nem szabad itt sem kihagyni az előnyöket és a hátrányokat.

Előnyök

A Sziklai-pár kialakítás előnye a Darlington kapcsolásokkal szemben, hogy nyitófeszültsége 0,6V körül alakul (emlékeztetőül: a Darlington kapcsolásnak ~1,2V-os bázis-emitter feszültségre van szüksége), így tehát egyértelműen előnyösebb a kapcsolás ezen szempontból.

Fontos kiemelni ezenfelül, hogy a Sziklai-pár kapcsolás sokkal stabilabb bázis-emitter feszültséggel (V_BE) rendelkezik (azaz kevésbé függ a terheléstől), ezen tulajdonsága alapján is előszeretettel használt AB-osztályú erősítőkben.

Hátrányok

Természetesen vannak hátrányok. A Sziklai-pár kialakítás jóval magasabb kollektor-emitter szaturációs feszültséggel rendelkezik, jellemzően 0,7V (szemben a 0,3V-os sima tranzisztorral).

Fentieken túl, a kialakítás lassabb is a mint egy hagyományos tranzisztor.

Optocsatolt Sziklai-pár (speciális - de sűrűn használt - alkalmazás)

Egy fontos alkalmazása van a Sziklai-pár kialakításnak az audió erősítőkön túl, ez pedig az optocsatolt meghajtások esetén használt megoldás, amikor az előfokozat tranzisztora maga az optocsatoló kimeneti tranzisztora, így nem szükséges külön szintillesztést és szinteltolást megvalósítani.

A fenti kapcsolás valójában NPN típusú Sziklai-pár kapcsolás, tehát az optocsatoló határozza meg az emitter-kollektor kialakítást. Mivel az optocsatoló viszonylag kis áramterhelhetőségű kimenettel rendelkezik, jelen alapkapcsolás elsősorban maximum pár 10mA maximális átfolyó áramok esetén használt, viszont egyfajta földfüggetlen NPN kimenet valósítható meg segítségével.

Összefoglalás

Az alábbi egypercesben ismertetésre kerültek a Darlington és a Sziklai-pár alapkapcsolások, és említésre kerültek a főbb előnyök- és hátrányok, amelyek alapján könnyen lehet választani. Fontos kiemelni, hogy manapság a legtöbb Darlington kapcsolás logic-level MOSFET-ekkel kerül kihelyettesítésre, számos előnyös tulajdonsága miatt, viszont azt sem szabad elfelejteni, hogy logikai áramkörök kimenetei sokszor nehezen (vagy adott esetben egyáltalán nem) tolerálják a MOSFET-ek magas gate-source kapacitását, lényegében nem képesek megfelelően kihajtani, így hiába jó megoldás a teljesítmény MOSFET alkalmazása logikai áramkörökkel kézenfogva, sok esetben akkor sem ússzuk meg a komplementer bipoláris tranzisztorpárral való meghajtást, mert kell egy köztes olyan fokozat, mely segít a nagyon gyenge - de nagy meredekségű logikai kimenetet illeszteni a nagy gate-source kapacitású MOSFET gate-jéhez, azt ugyanis viszonylag nagy dinamikus gate-árammal kell kisütni és feltölteni a MOSFET-et, ha meredek ki-, bekapcsolást szeretnénk elérni.

Letölthető mellékletek

	bc517_en.pdf
	uln2003.pdf