Tecnología Electrónica

Par Darlington: configuración de transistor de alta ganancia explicada

¿Qué es un par Darlington?

Un par Darlington (o transistor Darlington) conecta dos transistores de unión bipolar (BJT) de modo que el emisor del primero impulsa la base del segundo, produciendo un dispositivo compuesto con βtotal ≈ β₁ × β₂—típicamente 1,000–10,000 vs. 50–200 para un solo BJT.

Configuración del circuito

 +Vcc | Rc | Colector (Q2) ──→ Salida | Emisor (Q2) ───┬───→ Salida (seguidor de emisor) | | Colector (Q1) | | | Base (Q1) ──────┘ ← Entrada | Gnd

Clave: Colectores conectados juntos; emisor de Q1 → base de Q2; entrada de base única (Q1); salida de emisor única (Q2).

Principio de funcionamiento

  1. Pequeña corriente de base (IB1) entra en Q1
  2. Corriente de colector de Q1: IC1 = β₁·IB1
  3. Esta corriente se convierte en la corriente de base de Q2: IB2 = IC1
  4. Corriente de colector de Q2: IC2 = β₂·IB2 = β₁β₂·IB1
  5. Corriente de emisor total: IE ≈ IC2 (ya que IB1 ≪ IC2)

Características clave

ParámetroBJT simplePar Darlington
Ganancia de corriente (β/hFE)50–3001,000–10,000+
Voltaje base-emisor (VBE)0.6–0.7 V1.2–1.4 V (dos uniones)
Impedancia de entradaβ·REβ₁β₂·RE (muy alta)
Impedancia de salidaBaja (seguidor de emisor)Muy baja
Voltaje de saturación (VCE(sat))0.1–0.2 V0.7–1.0 V (Q2 nunca se satura completamente)
Velocidad de conmutaciónRápida (ns–µs)Más lenta (tiempo de almacenamiento ×2)
Estabilidad térmicaBuenaDesafiada (tempco positivo de VBE ×2)

Paquetes Darlington integrados

  • Monolítico (un solo dado): TIP120/121/122 (NPN, 60–100 V, 5 A), TIP125/126/127 (PNP)
  • Pares complementarios: TIP120 + TIP125 para empuje-tirón
  • Alto voltaje: MJ11015/11016 (120 V, 30 A), BUX98 (450 V)
  • Con resistencias incorporadas: Resistencias base-emisor aceleran el apagado, suprimen fugas

Aplicaciones típicas

  • Amplificadores de potencia de audio: Etapa de salida (a menudo Sziklai complementario para menor VBE)
  • Controladores de motor/rele/solenoide: Alta corriente desde entrada de nivel lógico (GPIO de MCU → carga de 5 A)
  • Transistores de paso de fuente de alimentación: Reguladores lineales, elementos de paso en serie
  • Sensores táctiles: Alta impedancia detecta fugas de picoamperios
  • Controladores de luz/LED: Conmutación de lado alto con poca corriente de base

Par Sziklai (Darlington complementario)

NPN + PNP (o PNP + NPN) → solo una caída de VBE (0.7 V), mejor saturación, simetría complementaria para salidas de empuje-tirón. Usado en audio de alta gama (p. ej., diseños de Nelson Pass).

Consideraciones de diseño

  • Conducción de base: Asegurar IB1 > IC2(max) / (β₁β₂mín)
  • Apagado: Agregar resistencia base-emisor (100 Ω–10 kΩ) en Q2 para drenar carga almacenada
  • Térmico: VCE(sat) más alto → más disipación; disipación térmica adecuada esencial
  • Oscilación parásita: Alta ganancia + capacitancia parásita → estabilizar con resistencia topera en base (10–100 Ω)

Resumen

El par Darlington intercambia velocidad y voltaje de saturación por una ganancia de corriente enorme e impedancia de entrada. Es la solución ideal cuando un microcontrolador debe conducir una carga de alta corriente directamente, o cuando se necesita una impedancia de entrada ultraalta. Para etapas de salida de audio, el par Sziklai suele superar al Darlington. Siempre verifique el Área de Operación Segura (SOA) y el diseño térmico.

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