Darlington-Schaltung
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Die Darlington-Schaltung ist eine elektronische Schaltung, die aus zwei kombinierten Bipolartransistoren besteht und zur Verbesserung der schaltungstechnischen Eigenschaften eines Einzeltransistors dient. Befinden sich beide Transistoren in einem einzelnen Transistorgehäuse, spricht man auch vom Darlington-Transistor.
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[Bearbeiten] Geschichte
Die Darlington-Schaltung, ursprünglich aus zwei einzelnen Bauelementen bestehend, wurde von Sidney Darlington (1906-1997) in den Bell Laboratories erfunden. Darlington ließ sich die Idee, zwei oder drei Transistoren auf einem Chip zu verbauen, patentieren [1], nicht aber die Verwendung beliebig vieler Transistoren, so dass integrierte Schaltkreise nicht von diesem Patent betroffen waren.
Das Darlington-Patent beschreibt die Kombination gleichartiger Transistoren. Eine ähnliche Anordnung aus komplementären Transistoren (npn/pnp) erfand der amerikanisch-ungarische Ingenieur George Clifford Sziklai im Jahr 1956 [2]; sie wird als Komplementär-Darlington-Schaltung bzw. (besonders in USA) nach dem Erfinder als Sziklai-Paar bezeichnet.
[Bearbeiten] Anwendung
Leistungstransistoren haben gegenüber Kleinsignaltransistoren eine wesentlich geringere Stromverstärkung (B=5-10 gegenüber B=100-1000) und benötigen daher hohe Steuerströme, die durch die Darlington-Anordnung entsprechend reduziert werden können.
[Bearbeiten] Vor- und Nachteile
Der Vorteil dieser Technik ist, dass bei gleich bleibendem Platzbedarf eine erheblich höhere Stromverstärkung erreicht werden kann, bzw. die notwendigen Steuerströme geringer sind. Die gesamte Verstärkung B entspricht dabei ungefähr dem Produkt der Verstärkungen der beiden Einzeltransistoren (B1 bzw. B2), bei modernen Leistungs-Darlingtons sind das 1.000 und mehr, Kleinsignal-Darlingtons erreichen Verstärkungsfaktoren bis 50.000.
Nachteilig ist hingegen die gegenüber einem einzelnen Transistor größere Phasenverschiebung, so dass bei negativer Rückkopplung eher Instabilitäten auftreten können. Unter anderem aus demselben Grund sind Darlingtons meist nicht für Hochfrequenzanwendungen geeignet.
Darlington-Transistoren weisen gegenüber Einzeltransistoren langsamere Schaltzeiten auf, besonders beim Ausschalten des Kollektorstroms, weil der erste Transistor nicht in der Lage ist, die Ladungsträger aus der Basis des zweiten Transistors „auszuräumen“. Um das Schaltverhalten zu verbessern, wird daher ein Widerstand parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors mit integriert. Durch diesen Widerstand fließt allerdings ein Teil des Bassistromes für die zweite Stufe ab, und die Gesamtverstärkung verringert sich daher entsprechend.
Schließlich verdoppelt sich die Basis-Emitter-Spannung beim Darlington gegenüber dem Einzeltransistor (etwa 1,2 bis 1,4 V bei einem Silizium-Darlington), und die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung im leitenden Zustand erhöht sich um die Durchlassspannung der Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors, also etwa 0,9 V bei Kleinsignaltypen (gegenüber 0,2 V) bzw. bis über 2 Volt bei Leistungstypen.
Für effizienzkritische Schaltanwendungen eignen sich Darlingtontransistoren also wegen des langsameren Abschaltens und der höheren Sättigungsspannung kaum, dort kommen meist separate Treiber- und Leistungsstufen zum Einsatz, d.h. der Kollektor des Treibertransistos ist nicht mit dem des Leistungstransistors verbunden.
[Bearbeiten] Varianten
Die Darlington- wie auch die Sziklai-Schaltung kann sowohl mit npn- als auch mit pnp-Transistoren als Leistungselement aufgebaut werden.
[Bearbeiten] Quellen & Fußnoten
- ↑ Darlington, Sidney: Semiconductor signal translating device. Bell Telephone Labor Inc. 22.12.1953. USA. Veröffentlichungsnr. US2663806
- ↑ Sziklai, George C. ; Lohman, Robert D. ; Barco, Allen A.: Push-pull complementary type transistor amplifier. RCA Corp. 11.09.1956. Veröffentlichungsnr. US2762870
