Warum werden NPN-Darlington-Transistoren verwendet, um Strom abzusenken?

Ich stelle fest, dass NPN-Darlington-Transistoren üblicherweise zum Absinken von Strom verwendet werden. Wäre es nicht sinnvoller, PNP für diesen Zweck zu verwenden? Dies würde vermeiden, dass der Laststrom gleichzeitig durch beide Verbindungsstellen geleitet wird. Zugegeben, wir möchten vielleicht den Strom zwischen zwei Transistoren teilen. Beachten Sie in diesem Fall jedoch, dass der zweite Transistor immer noch die volle Last trägt (zur Hälfte über den CE-Pfad und zur Hälfte über den BE-Pfad).

Warum werden Transistoren überhaupt am häufigsten zum Absinken von Strom verwendet? anstatt es zu fahren? Ich habe das nie verstanden.

Im obigen Beispiel erscheint es sinnvoller, entweder (1) die Last unter dem Transistor zu platzieren; (2) Verwenden Sie ein PNP Darlington; oder noch besser (3) verwenden Sie ein komplementäres PNP-Paar wie hier gezeigt:

BEARBEITEN:

Zur Verdeutlichung stelle ich folgende Frage: Warum können wir diesen NPN-Transistor nicht so wie er ist über der Last platzieren? Oder platzieren Sie einen PNP Darlington unter der Last? Und warum gibt es Darlingtons überhaupt, wenn ein komplementäres Paar eine sauberere Lösung zu sein scheint?

Sinkende Lastschalter mit einem NPN-Darlington ermöglichen, dass das Steuersignal ein GND-referenziertes Signal ist. Wenn Sie High-Side-Sourcing-Switches verwenden, ist es am typischsten, dass das Steuersignal in eine GND-bezogene Signaldomäne übersetzt werden muss.

In diesen Tagen, in denen MCUs fast alles steuern, sind die GPIO-Pins solcher Geräte GND-bezogene Signale. Daher sollte es offensichtlich sein, warum viele Lastschalter die Komponenten vom Synchronisierungstyp mit einem GND-bezogenen Eingang verwenden.

In Bezug auf die Verwendung von NPN anstelle von PNP ist die Antwort von Michael Karas richtig: Sie möchten bodenbezogene Steuersignale, da die N-Transistoren im Allgemeinen bessere Eigenschaften als die P-Äquivalente aufweisen.

Zu anderen Teilen Ihrer Frage: Darlingtons teilen den Strom nicht zwischen den beiden Transistoren 50-50. Dasjenige, bei dem das Eingangssignal an der Basis ankommt, führt möglicherweise 1% des Stroms durch die Basis (unter der Annahme eines Beta von 100; die meisten NPNs mit integrierter Schaltung haben viel höhere Betas (~ 250), sodass der Prozentsatz daher noch niedriger ist). Der andere Transistor führt daher 99% + des angesteuerten Stroms.

Das ist eine gute Sache, keine schlechte Sache. Integrierte Darlington-Paare sind in physikalischer Anordnung mit einem signifikanten Größenunterschied konfiguriert, so dass der Hauptantriebstransistor eine viel größere Übergangsfläche als der erste aufweist, was einen viel niedrigeren CE-Einschaltwiderstand für niedrigere Antriebsströme und eine viel höhere maximale Strombelastbarkeit ermöglicht. Dies ist erforderlich, ohne dass mehrere Transistoren parallel gekoppelt werden müssen, was aufgrund von Gerätedifferenzen selbst bei integrierten Schaltkreisen zu einer ungleichmäßigen Stromaufteilung führen kann.

Schließlich können NPN-Darlingtons leicht auf einer integrierten Schaltung effektiv als einzelner Metatransistor aufgebaut werden; Sie teilen sich den gleichen Kollektorbereich, haben jedoch unterschiedliche eingebettete Basis- / Emitterbereiche (mit dem zuvor erwähnten Größenunterschied). Das Verbinden des Emitters des kleineren mit der Basis des größeren ist ziemlich trivial. Ich bin mir ziemlich sicher, dass dies bei den integrierten Multi-Darlington-Arrays, z. B. der ULN2k-Serie, der Fall ist (ich habe keine Details mehr zum Zugriff, aber ich habe einige davon bereits gesehen, als ich meine Studien in diesem Bereich durchgeführt habe).

In der Darlington-Konfiguration hilft der Basisstrom des größeren Transistors, die Last anzutreiben, und ist selbstregulierend. Wenn man eine Last von 10 Ampere ansteuern muss und vermeiden möchte, dass ein Beta von mehr als 40 angenommen wird, muss man in der Lage sein, die Basis des großen Transistors mit 250 mA anzutreiben. Um diese 250 mA zu erhalten, müsste man die Basis des kleinen Transistors mit 7 mA ansteuern. Wenn bei einer Darlington-Konfiguration die Last 10 A zieht, fließen 9,75 A durch den Kollektor des großen Transistors und 250 mA durch den kleinen Transistor in die Basis des großen. Die 7 mA, die in die Basis des kleinen Transistors eingetrieben werden, werden "verschwendet". Wenn die Last auf 10 mA abfallen würde, würde die Basis des kleinen Transistors immer noch 7 mA verbrauchen, was sie durch die Basis des großen Transistors passieren würde.

In den meisten anderen Konfigurationen würde die Anordnung, dass der große Transistor bei Bedarf 250 mA an seiner Basis zur Verfügung hat, bedeuten, dass 250 mA der Basis des großen Transistors zugeführt werden, selbst wenn er nicht benötigt wird. In Fällen, in denen bekannt ist, dass die Last 10 A benötigt, wäre dies kein Problem. In Fällen, in denen die Last möglicherweise zwischen 10 uA und 10 A benötigt, kann es unerwünscht sein, 250 mA zu verschwenden, wenn die Last 10 mA benötigt.

Sie sollten anhand Ihrer eigenen Diagramme selbst sehen können, dass der untere Stromkreis Zugang zur Stromschiene benötigt, während der reine Low-Side-Switch vorverpackt werden kann, ohne dass diese Verbindung erforderlich ist.