Bipolaires-darlington

ISSLg - Cours d'électronique - Électronique (ELO)

Les transistors bipolaires - Montage Darlington

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Deux types

C'est un composant à trois broches, composé de 2 transistors de même type (soit NPN soit PNP) montés dans un même boîtier.
Le Darlington peut être donc de type NPN ou de type PNP.

Les deux collecteurs sont reliés ensemble.
Le premier transistor (de commande) travaille à faible courant et grand β1, il commande le courant de base du second transistor (de puissance) qui lui travaille à plus grand courant et petit β2. Le gain total du montage est le produit des deux gains : β = β1 * β2

L'objectif du montage est :
1) en amplification de signaux, d'obtenir l'équivalent d'un transistor à très grand gain ;
2) en électronique de puissance, d'obtenir l'équivalent d'un transistor de puissance à gain correct, en effet, les simples transistors bipolaires de puissance ont des gains faibles (10<β2<50). Notons que les Darlingtons sont devenus un peu obsolètes : ils sont supplantés par les E-MOSFET pour les applications à grand courant.

Nom des broches (idem bipolaire) :

E = émetteur
B = base
C = collecteur

Les boîtiers sont les même que pour les bipolaires (TO92, TO39, TO220, TO3...), dans le cas des boîtiers métalliques, le boîtier est relié au collecteur (idem bipolaires).

NB : Comme il y a deux jonctions BE en série, la tension de seuil B-E du Darlington est de 0.7V+0.7V = 1.4V

Symboles

Ils sont parfois équipés de résistances internes en parallèle avec BE pour pouvoir les couper rapidement (pour vider la capacité parasite de la jonction BE), ou encore ils sont protégés des surtensions par une diode en anti-parallèle de CE (voir les symboles des TIP122 & TIP127).

Fonctionnement "normal"

Courant du collecteur Ic (courant de fuite de la jonction C-B) contrôlé par le courant de base Ib (jonction passante B-E).
Effet transistor amplifié par le transistor de commande : Ic = β * Ib
Avec un gain énorme : h_FE = β > 1000

Caractéristiques

Son type : NPN ou PNP
Le I_cmax pour ne pas le griller : de 1A à plusieurs dizaines d'Ampères
Sa tension de claquage : V_cemax de 30V à 600V
Son gain : h_FE = β > 1000
Sa rapidité : temps de commutation en ns ou bande passante en MHz
La puissance que peut dissiper son boîtier (+ radiateur) car effet joule dans le transistor : P = Vce * Ic (en W)

Comment le tester

Voici les sens de passage et les tensions qu’on doit mesurer avec un multimètre en mode « test diode » entre les base B, émetteur E et collecteur C d’un Darlington intégré dans un seul boîtier.

BC : environ 0V7 (jonction BC du transistor de commande)
BE : environ 1V4 (deux jonctions BE de transistor en série)
CE : environ 0V5 (diode protection => gros courant => seuil plus bas car test avec quelques mA)
NB : si la connexion CE est passante dans les deux sens avec un seuil inférieur à 0V2, c’est que votre transistor de puissance est fondu à cause d’un court-circuit, il est défectueux !

Saturation des transistors Darlingtons

C'est toujours le transistor de commande qui va saturer. A cette tension de saturation il faut ajouter le Vbe du transistor de puissance : Vcesat = 0.2V + 0.7V = 0.9V

Trois modes de fonctionnement

Types / Modes	Bloquant	Passant	Passant saturé
NPN	Si Ib = 0 (ou Vbe < 0.8V) alors Ic = 0	Si Ib > 0 et que Vce >> 1V alors Vbe = 1V à 1.4V Ic = β * Ib	Avec Icmax = Vcc / Rcharge Si Ib >> Icmax / β alors Vbe = 1.4V à 1.6V Vce = 0.9V à 1.1V
PNP	Si Ib = 0 (ou Vbe > -0.8V) alors Ic = 0	Si Ib < 0 et que Vce << -1V alors Vbe = -1V à -1.4V Ic = β * Ib	Avec Icmax = - Vcc / Rcharge Si Ib << Icmax / β alors Vbe = -1.4V à -1.6V Vce = - 0.9V à -1.1V

NB : Rcharge = Rc + Re

Méthode d'analyse

Considérer la jonction BE comme une diode :

Si la jonction BE est bloquante Alors le transistor est bloquant

Sinon Si Icmax n'est pas atteint Alors le transistor est passant et Ic = β * Ib
Sinon le transistor est passant saturé et Vce = +/-1V

Auteur : Marc PHILIPPOT - Version du 03/02/2021