Darlingtons de Potência (ART1598)

Escrito por Newton C Braga

Um componente de inestimável utilidade é o transistor Darlington de potência. Reunindo características que o tornam ideal para comutação e controle de cargas de alta potência com freqüências baixas e médias, este componente é encontrado numa enorme gama de correntes e tensões em aparelhos de uso doméstico, profissional e industrial. Neste artigo falamos um pouco do Darlington de potência, dando também as características dos principais tipos disponíveis no nosso mercado.

Os transistores bipolares comuns de baixa potência e de potência não possuem ganhos elevados.

Na verdade, à medida que precisamos controlar correntes mais intensas o ganho é sacrificado em função de outras características importantes nestes casos.

Se para os transistores de baixas freqüências com correntes pouco intensas conseguimos chegar a ganhos tão altos, como 900, para transistores de potência é difícil chegar a ganhos acima de 100 quando as correntes controladas superam alguns ampères.

A geometria da pastilha, as capacitâncias envolvidas e a dissipação são alguns dos fatores que dificultam o projeto de tais componentes.

No entanto, para que possamos controlar correntes intensas a partir de sinais fracos de baixas freqüências, existe uma solução simples, que é a utilização de um segundo transistor ligado a configuração denominada Darlington.

Nesta configuração, mostrada na figura 1, os dois coletores são interligados e o emissor do primeiro transistor (de baixa potência) é ligado à base do segundo (de alta potência).

 

   Figura 1 – O acoplamento Darlington
Figura 1 – O acoplamento Darlington

 

O resultado desta ligação é muito interessante: o conjunto se comporta como um componente único, um transistor cujo ganho é praticamente o produto dos ganhos dos transistores associados.

A ligação nesta configuração de dois transistores de ganho 100 nos leva a um "Darlington" de ganho 10 000.

As vantagens são muitas como, por exemplo, a capacidade de controlar correntes muito intensas com sinais muito fracos, no entanto também existem limitações.

Uma das limitações é a velocidade de operação.

Como o segundo transistor está ligado ao primeiro como seguidor de tensão (coletor comum), a capacitância entre a base e o emissor do segundo transistor fica multiplicada pelo ganho do primeiro.

Como a velocidade de resposta de um transistor depende desta capacitância, fica claro que, ao lado da multiplicação do ganho, temos a divisão da velocidade.

As configurações em Darlington, mesmo usando transistores rápidos, não podem operar com sinais que vão além de uns poucos megahertz.

Por este motivo, este tipo de circuito só é usado em corrente contínua ou aplicações de baixa freqüência.

E claro que se existe uma utilidade para este tipo de configuração, por que não produzir o par de transistores já interligado num invólucro único?

Esta ideia não é nova e muitos fabricantes possuem em sua linha de produtos os transistores Darlington de potência, com uma enorme gama de características.

Estes componentes nada mais são do que dois transistores, um de baixa potência e outro de alta potência, já interligados na 'configuração dada e até com elementos adicionais, como resistores de polarização e eventualmente, um diodo de proteção, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – O transistor Darlington (NPN)
Figura 2 – O transistor Darlington (NPN)

 

Os invólucros são os mesmos dos transistores de potência comuns, como mostra a figura 3, sendo os mais usados o TO-3 (metálico) e os plásticos TO-220 e TO-218.

 

   Figura 3 – Invólucros comuns
Figura 3 – Invólucros comuns

 

Como os transistores comuns, os Darlingtons podem ser NPN e PNP, conforme os circuitos equivalentes mostrados na figura 4.

 

Figura 4 – Darlingtons NPN e PNP
Figura 4 – Darlingtons NPN e PNP

 

Dois fornecedores se destacam em nosso país para a produção destes componentes, com uma ampla linha de tipos.

Temos a Texas Instruments, e a NXP (Antiga Philips Components) com uma linha de Darlingtons TlP e BD.

A seguir damos duas tabelas com os principais tipos disponíveis nonosso mercado:

 


 

 

 


 

 

 

UTILIZAÇÃO

Fontes chaveadas, saídas de vídeo, inversores e amplificadores de áudio são alguns dos aparelhos em que encontramos com freqüência Darlingtons de potência.

Como fazer a substituição por um equivalente disponível quando um desses transistores, de tipo difícil de encontrar, queima?

O primeiro passo consiste em determinar as características do transistor que vai ser substituído.

Temos então as seguintes regras práticas:

a) A corrente de coletor do substituto deve ser igual ou maior do que a do substituído.

b) A tensão máxima entre coletor e emissor (Vceo) deve ser igual ou maior do que a do substituído.

c) O ganho do substituto deve ser igual ou maior do que o ganho do substituído (hfe).

d) Deve-se verificar a eventual existência do diodo de proteção interno. Se o substituto não tiver este componente, eventualmente ele deve ser acrescentado externamente.

e) A dissipação (Ptot) do substituto deve ser igual ou maior do que a do substituído.

f) A pinagem deve ser preferivelmente a mesma do substituído, no entanto não se trata de condição obrigatória, já que eventualmente, com habilidade, pode-se fazer uma adaptação.