Transistores Darlington de alta potênciaA Allegro Microelectronics está anunciando dois novos transistores Darlington de alta potência, indicados especialmente para aplicações em amplificadores de áudio.A Allegro Microelectronics (www.allegromicro.com) está anunciando dois novos transistores Darlington de alta potência, indicados especialmente para aplicações em amplificadores de áudio.

Esses componentes, especificados como STDO1N (NPN) e STDO1P (PNP) são fornecidos em invólucros TO-3P de 5 pinos, conforme mostra a figura.Os principais destaques desses transistores são:- Diodos de compensação de temperatura internos;- Alta potência (100 W) em invólucro pequeno TO-3P, minimizando o tamanho do dissipador;- Diodos driver e de compensação interna, reduzindo a quantidade de componentes externos em um projeto;- Versões NPN e PNP;- Terminais de emissor dispostos simetricamente nos pinos NPN e PNP de modo a facilitar o projeto das placas de circuito impresso;

As aplicações indicadas pela Allegro são:- Amplificadores de uso geral;- Amplificador de áudio profissionais;- Amplificadores de áudio para carro;

Os transistores STDO1N e sTDO1P utilizam a tecnologia de produção Sanken thin- wafer de maneira a se obter elevados níveis de potência com resistência térmica reduzida e, além disso, manusear tensões muito mais altas que os dispositivos similares. Os diodos de compensação de temperatura são integrados no mesmo chip, o que permite eliminar retardos na detecção do calor e, portanto, no circuito de compensação. Isso significa a possibilidade de se usar esse componente em aplicações onde a estabilidade de temperatura é crítica.

Amplificador Darlington até 500 Wpmpo (ART2025)Uma das vantagens da disponibilidade de transistores Darlington de alta potência é que podemos elaborar amplificadores de áudio com circuitos relativamente simples, de baixo custo e com potências de saída bastante elevadas. Os circuitos propostos neste artigo são um exemplo do que pode ser feito, tomando como base o par de transistores complementares Darlington TIP142 e TIP147.

Os circuitos são relativamente simples, e suas saídas têm a mesma ordem de potência que os maiores amplificadores existentes atualmente no mercado.Uma das principais vantagens encontradas no projeto de amplificadores de áudio onde se usam transistores Darlington de potência na saída é a necessidade de etapas de pequena potência na excitação.O ganho elevado desses transistores elimina a necessidade de transistores intermediários, que, para os amplificadores de potências muito altas, podem significar um gasto considerável, dada a própria potência que eles precisam ter; isso sem se falar nos problemas de layout da placa de circuito impresso.Hoje podemos contar com transistores Darlington de potências muito altas e a um custo muito acessível como o par formado pelos tipos TlP142 e TlP147 (NPN e PNP, respectivamente).Estes transistores, para 100 V e 10 A com dissipação de 125 W, permitem a realização de bons projetos, como o que descrevemos.Uma possibilidade interessante para os leitores que necessitam de elevadas potências de áudio é usar estes circuitos em módulos. Assim, dois módulos formam um sistema estéreo de 500 W.Para a sonorização de grandes ambientes, podem ser usados diversos módulos, cada qual com uma potência PMPO de 250 W.O circuito básico é dado em duas versões, de potências diferentes, que depende justamente de onde o amplificador será utilizado.A fonte de alimentação é simétrica, eliminando-se assim a necessidade do capacitor eletrolítico de valor elevado para acoplamento ao alto-falante.Lembramos que neste tipo de projeto deve haver especial cuidado com as conexões de potência e a própria instalação do sistema, no que se refere à parte térmica.Os leitores que desejam montar com segurança o aparelho devem ter boa experiência com este tipo de circuito.CaracterísticasPotência de saída: versão 1: 180 W (PMPO) por canal (versão 2: 250 W (PMPO) por canalCorrente consumida a plena potência: 180 W (1 ,58 A), 250 W (2,5 A)Corrente de repouso: 17 a 25 mAResistência de carga: 4 WImpedância de entrada: 39 k ΩDistorção com 80% da potência máxima: menor que 0,5%Resposta de freqüência (-1 dB): 20 Hz a 60 kHz  

COMO FUNCIONAOs transistores Darlington na verdade são circuitos integrados que reúnem num único componente dois transistores e dois resistores, na configuração indicada na figura 1.

Figura 1 – Os transistores TIP142(NPN) e TIP147 (PNP)

 O resultado é um circuito que se comporta como um único transistor, cujo ganho é o produto dos ganhos dos transistores usados separadamente, e que no caso é de pelo menos 1000.Isso significa que, na realidade, temos um “super-transistor” que pode controlar elevadíssimas correntes de coletor a partir de tênues (1 000 vezes menores) correntes de base.

Os tipos TlP142 (NPN) e TlP147 (PNP) são transistores de potência onde a corrente de coletor pode chegar a 10 A. o que significa a possibilidade de serem usados em amplificadores de boa potência.A configuração empregada é a tradicionalmente utilizada na maioria dos circuitos transistorizados com a saída complementar, com dois transistores, um NPN e outro PNP,

conduzindo alternadamente, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – A etapa da saída de potência Nesta configuração temos uma fonte de alimentação simétrica, que fornece uma tensão positiva e uma tensão negativa em relação à referência (terra) onde está ligada a carga (alto-falante).Considerando a elevada carga dos capacitores eletrolíticos da fonte de alimentação, estes funcionam como reservatórios de energia para atender às solicitações dos transistores na obtenção de correntes elevadas, e assim podem ser obtidas elevadas potências instantâneas de áudio (PMPO), como caracterizado neste projeto.Assim, nos semiciclos positivos do sinal de áudio, conduz o transistor NPN, de modo que a corrente flui do +Vcc. ao terra, passando pelo alto-falante.Nos semiciclos negativos, conduz o transistor PNP, de modo que a condução ocorre do terra ao - Vc.c., também passando pelo alto-falante.Veja que a potência final (dois semiciclos) é dada pela soma das correntes dos dois ramos da fonte.É muito importante neste tipo de circuito que as saídas sejam equilibradas de modo que, num sinal, um semiciclo não seja diferente do outro, pois isso significaria uma distorção.

O ajuste do ponto de funcionamento desta etapa é importante, tanto em vista da necessidade de se manter a simetria do sinal, como também de um fator denominado "deriva térmica".Quando os transistores de saída se aquecem, com a operação a plena carga há uma tendência deste aquecimento mudar suas características, aumentando a corrente de fuga do coletor do primeiro elemento do par, conforme mostra a figura 3.

Figura 3 – A deriva térmica Veja mais: A Deriva Térmica - http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/571-a-deriva-termica-art053 Essa corrente é amplificada pelo próprio transistor, e depois pelo segundo do par, e o resultado é um aumento substancial da corrente de repouso capaz de aumentar ainda mais o aquecimento do componente.E assim, mais fuga mais corrente, mais corrente mais calor, mais calor mais fuga, num processo cumulativo que, saindo do controle, leva o componente à destruição.Uma maneira de se fixar a polarização correta dos transistores de saída, e evitar o problema de deriva térmica é com a utilização de um transistor que estará em contato térmico com o radiador de calor dos transistores de saída.Este transistor "sente" as variações de temperatura do transistor de saída e reduz proporcionalmente a tensão entre as bases dos Darlingtons, de modo a reduzir assim a corrente de repouso.O ajuste do ponto de funcionamento deste transistor, feito por meio de um trimpot, é muito importante para se garantira estabilidade do circuito.A excitação dos Darlingtons é feita por um transistor PNP de média potência e alta tensão.O BC640 é ideal para esta aplicação, mas equivalentes de 80 V e 1 A podem ser usados.Finalmente, temos a etapa de pré-amplificação, que consiste num par diferencial com transistores BC547B ou equivalentes.A configuração de par diferencial é especialmente atraente nos projetos em que se deseja uma excitação de alta potência com poucos elementos e a garantia da simetria do sinal, o que é importante no nosso circuito.O trimpot nos emissores do par diferencial têm por função ajustar a simetria de funcionamento. O melhor ajuste deve ser feito com a injeção de um sinal e observação por meio de um osciloscópio.

Figura 5 – Placa para a montagemObserve que os transistores Darlingtons de potência devem ser montados em excelentes dissipadores de calor. Estes dissipadores devem ficar isolados do coletor do transistor, que corresponde a sua aleta, por meio de uma folha de mica ou de plástico apropriado para esta finalidade.Junto a um dos transistores de saída é montado o transistor regulador Q4.Os fios de conexão aos transistores de saída, assim como ao positivo da alimentação, negativo e terra, além do alto-falante, devem ser grossos, dada a corrente intensa.

PARTE 2Um transistor Darlington em que no mesmo

invólucro já existem dois transistores na configuração indicada.

Os transistores Darlington são muito úteis quando se deseja alta amplificação, já que o segundo transistor do par pode ser feito de modo a conduzir correntes intensas. Assim, os Darlingtons de

Potência podem controlar correntes muito intensas a partir de sinais fracos. O aspecto externo de um transistor Darlington é o mesmo de um transistor comum.

Só podemos saber que se trata de um Darlington pelo seu número, consultando um manual. Por exemplo, o TIP31 é um transistor comum enquanto que o TIP120 é um transistor Darlington de potência. As especificações desses transistores são as mesmas dos transistores bipolares comuns.

Transistor Darlington

A configuração (originalmente realizada com dois transistores separados) foi inventada pelo engenheiro Sidney Darlington do Bell Labs. A ideia de por dois ou três transistores em um mesmo chip foi patentada por ele, mas não a ideia de por um número arbitrário de transistores, o que originaria o conceito moderno de circuitos integrados.Esta configuração serve para que o dispositivo seja capaz de proporcionar um grande ganho de corrente (hFE ou parâmetro β do transistor) e, por estar todo integrado, requer menos espaço do que o dos transistores normais na mesma configuração. O Ganho total do Darlington é produto do ganho dos transistores individuais. Um dispositivo típico tem um ganho de corrente de 1000 ou superior. Comparado a um transistor comum, apresenta uma maior defasagem em altas frequências, por isso pode tornar-se facilmente instável. A tensão base-emissor também é maior. consiste da soma das tensões base-emissor, e para transistores de silício é superior a 1.2V(1.4v).

Transistores Darlington

Os transistores de potência geralmente têm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena condução. Por exemplo, um transistor 2N3055 pode exigir 3A para controlar uma corrente de 15A. Para solucionar este problema, existe um tipo de transistor bipolar que se chama Darlington, e nada mais é do que dois transístores em um único encapsulamento. Neste caso, o valor de hFE é muito grande, e uma corrente bem pequena na base já leva o transístor ao estado de plena condução. O preço pago por esta sensibilidade à corrente é o fato de que aqui a barreira de tensão é o dobro e é preciso que a tensão na base tenha uma diferença de 1,4(silício) ou 1.2V(germânio) em relação ao emissor para que comece a ocorrer a condução.