为什么 NPN 达林顿晶体管用于吸收电流?

电器工程 晶体管 当前的 达灵顿
2022-01-23 22:34:44

我注意到 NPN 达林顿晶体管通常用于吸收电流。将 PNP 用于此目的不是更有意义吗?这将避免同时通过两个结分流负载电流。当然,我们可能希望在两个晶体管之间共享电流;但在这种情况下,请注意第二个晶体管仍承载满载(一半通过 CE 路径,一半通过 BE 路径)。

就此而言,为什么晶体管最常用于吸收电流?而不是开车呢?我一直不明白。

示例 1

在上面的例子中,(1)将负载放在晶体管下方似乎更明智;(2) 使用 PNP 达灵顿;甚至更好 (3) 使用互补 PNP 对,如下所示:

示例 2

编辑:

澄清一下,我要问的一个问题是:为什么我们不能将这个 NPN 晶体管按原样放置在负载上方?或者,就此而言,在负载下方放置一个 PNP 达林顿?而且,当互补对看起来是更清洁的解决方案时,为什么还会存在达林顿?

4个回答

带有 NPN 达林顿的下沉负载开关允许控制信号成为 GND 参考信号。如果您使用高端源开关,最典型的情况是控制信号需要向下转换到以 GND 为参考的信号域。

如今,当 MCU 控制几乎所有东西时,此类设备上的 GPIO 引脚是 GND 参考信号。因此,很明显为什么许多负载开关使用具有 GND 参考输入的同步型组件。

关于使用 NPN 而不是 PNP,Michael Karas 的回答是正确的:您需要以地为参考的控制信号,因为 N 型晶体管通常比 P 型晶体管具有更好的特性。

关于您问题的其他部分:达林顿不共享两个晶体管 50-50 之间的电流。输入信号到达基座的地方可能会携带 1% 的电流通过它(假设 beta 为 100;大多数集成电路 NPN 的 beta 高得多(~250),因此该百分比甚至更低)。因此,另一个晶体管承载 99% 以上的驱动电流。

这是好事,不是坏事。集成的达林顿对在物理布局中配置了显着的尺寸差异,因此主驱动晶体管的结面积比第一个晶体管大得多,从而允许更低的 CE 导通电阻以实现更低的驱动电流和更高的最大电流处理能力。这无需将多个晶体管并联配对,即使在集成电路上,也会由于器件差异导致电流分流不均匀。

最后,NPN 达林顿管可以很容易地在集成电路上有效地构建为单个元晶体管;它们共享相同的集电极区域,但具有不同的嵌入式基极/发射极区域(具有我前面提到的尺寸差异)。将较小的发射器连接到较大的基极是非常简单的。我很确定这是在集成多达林顿阵列上所做的,例如 ULN2k 系列(我不再了解访问的详细信息,但我在研究这些东西时确实看到了一些这种方式)。

在达林顿配置中,较大晶体管的基极电流有助于驱动负载并且是自我调节的。如果需要驱动 10 安培负载并希望避免假设 β 大于 40,则需要能够以 250mA 驱动大型晶体管的基极。要获得 250mA,需要用 7mA 驱动小晶体管的基极。使用达林顿配置,如果负载消耗 10A,9.75A 将流过大晶体管的集电极,250mA 将通过小晶体管流入大晶体管的基极。驱动到小晶体管基极的 7mA 将被“浪费”。如果负载下降到 10mA,小晶体管的基极仍然会消耗 7mA,它会通过大晶体管的基极,

在大多数其他配置中,安排大型晶体管在需要时在其基极上提供 250mA 电流意味着即使在不需要时也会将 250mA 馈送到大型晶体管的基极。在已知负载需要 10A 的情况下,这不是问题,但在负载可能需要 10uA 到 10A 的任何情况下,在负载需要 10mA 的时候浪费 250mA 可能是不可取的。

您应该能够从自己的图表中亲自看到下部电路需要访问电源轨,而纯低侧开关可以预先封装而无需该连接。