لو أردنا التَّعبير عن ترانزستور دارلنجتون في جملةٍ واحدة لقلنا أنَّه عبارة عن تركيب ترانزستورين ثنائيّي الوصلة بطريقة معيّنة للحصول على كسب تيَّار أكبر.

ولكن كيف يتمُّ ذلك؟

ترانزستور دارلنجتون والذي اُطلقَ عليه هذا الاسم نسبةً إلى مخترعه سيدني دارلنجتون, يتكوَّن من ترانزستورين قطبيّين ثنائيّي الوصلة أي BJT كلاهما من النَّوع NPN  أو PNP  موصولين مع بعضهما بحيث يوصل باعث أحدهما مع قاعدة الثّاني ليكوّنا ترانزستور كُلِّي عالي الحساسيّة بربح تيّار عالي جدّاً

ممّا يوفّر خاصيّة مهمّة تؤهّلهُ للعمل ضمن التّطبيقات التي تطلب تضخيم التيَّار أو العمل كمفتاح إلكتروني.

يمكن تركيب ترانزستتور دارلنجتون يدويّاً باستخدام ترانزستورين BJT كما أسلفنا الذّكر, ويمكن أيضاً الحصول عليه بشكل تجاري وجاهز

حيث يتوفّر بالأسواق كقطعة واحدة لها تصميمات قياسية عديدة ومتنوّعة من الأنماط والجهود والتيّارات ضمن التركيبتين PNP و NPN بحيث تمتلك ثلاثة طرفيّات نهائيّة: باعث و مجمّع وقاعدة.

بالإضافة إلى عمله كمضخّم فإنَّ الترانزستور يمكنه العمل كمفتاح إلكتروني ON , OFF لنتطلع على ذلك:

في حالة تأريض طرفيّة القاعدة, فإنَّ تيّاراً صفريّاً سيسري عبر القاعدة أي أنَّ I_b=0

في حالة تأريض القاعدة, لن يعبر تيّار بين المجمّع والباعث, فالترانزستور في هذه الحالة في حالة قطع cut off .. وهو ما يمثّل حالة عمل الترانزستور كقاطع مفتوح.

أمَّا في حالة تأمين انحياز أمامي للترانزستور بجهد أعلى من 0.7 فإنَّ تيّاراً سيعبر بين الباعث و المجمّع وهو ما يعني عمل الترانزستور كقاطع مغلق أي حالة العمل  ON.

وهو ما يعني عمل الترانزستور كمفتاح الكتروني ينتقل بين الوضعين ON OFF.

على أيَّة حال, عند التَّحويل من حالة القطع إلى حالة الوصل فإنّه سيحصل رفع للجهد من الصفر وحتى قيمة أعلى من 0.7 حتى يتمَّ تشغيل الترانزستور بشكل كامل, تطبيق جهد أعلى على القاعدة سوف يسبّبُ تيَّار قاعدة أكبر مسبّباً تيَّار مجمّع أكبر في حين يكون جهد المجمّع-باعث V_CE صغيراً .

إنَّ النّسبة بين تيَّاري المجمّع إلى القاعدة يُدعى المعامل  βوالذي يعبّر عن كسب التيّار.

تتراوح قيمة معامل كسب التيّار  β قياسيّاً بين 50 و 200, ولكن في بعض التَّطبيقات تكون هذه القيمة غير كافية للاستخدام مع أحمال معيّنة, لذلك يتمّ استخدام مضخّم دارلنجتون الذي يتميّز بكسب تيّار عالي جدّاً.

تتكوّن تشكيلة دارلنجتون المعروفة أيضاً باسم زوج دارلنجتون “Darlington Pair” أو دارة ألفا الفائقة “super-alpha circuit” من ترانزستوري NPN أو PNP موصولين مع بعضهما

حيث يصبح تيّارُ الباعث للترانزستور الأوّل TR1 هو تيّار القاعدة للترانزستور الثاني  TR2،كما يعمل  TR2 الترانزستور الثّاني  كمضخّم بوصلة باعث مشترك كما هو موضّح أدناه

كما نلاحظ في تشكيلة دارلنجتون أنَّ تيّار المجمّع الخاصّ بالترانزستور الثاني يكون بنفس الطّور مع الترانزستور الأوّل.

نلاحظ الآن وباستخدام زوج دارلنجتون بنوع NPN كمثال أنّ مجمّعي الترانزستورين مرتبطة مع بعضها، ويقود باعث الترانزستور الأوّل قاعدة الترانزستور الثّاني

إنَّ هذه التّرتيب يحقّق زيادة عالية جدّاً في الربح β وذلك لأنّ تيّار القاعدة يكون Ib وتيّار المجمّع هو Ib*β  حيث يكون ربح التيّار أكبر من الواحد.

 يعطى تيار المجمّع في النّهاية بالعلاقة:

I_C=(β₁+(β₂ x β₁)+β₂) I_B

حيث: β₂, β₁ عبارة عن ربحي الترانزستورين الأول ثمَّ الثّاني.

وهذا يعني أنّ الربح الكليّ للتيّار β هو عبارة عن ربح الترانزستور الأوّل مضروباً بربح الترانزستور الثاني وبالتالي تتضاعف قيمة الربح

وبعبارة أُخرى يمكن دمج زوج من الترانزستورات القطبيّة BJT  للحصول على زوج دارلنجتون واعتباره ترانزستور واحد مع قيمة عالية جداً للربح وبالتالي مقاومة دخل عالية.

أهمّ مميّزات القاعدة في ترانزستور دارلنجتون هي الحساسيّة العالية والاستجابة لأي تيّار حتّى لو كان صغيراً سواءً أكان من مفتاح أو كانَ من البوابات المنطقية TTL أو البوابة CMOS

ويكمن العيب الرَّئيسي في هذا الترانزستور هبوط الجهد بين القاعدة والباعث عندما يكون في حالة إشباع كليّ, ممّا يسبّب ارتفاع درجة حرارة دارلنجتون بشكل واضح أكثر من الترانزستور العادي لتيّار الحمل المُعطى ممّا يتطلّب مبرّد حرارة جيد, كما تعاني ترانزستورات دارلنجتون من استجابة بطيئة للتبديل ON-OFF.

تُستخدم ترانزستورات NPN و PNP المُتممة بهذا التّرتيب بغرض التّغلب على الاستجابة البطيئة ورفع الجهد والتّقليل من عيوب ارتفاع الحرارة، حيث نحصل بالنتيجة على ترانزستور دارلنجتون يُسمّى Sziklai.

• إعداد: المهندسة رهف النداف
• تدقيق: المهندس خليل محمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي