达林顿三极管

达林顿三极管在1953年由美国电气工程师和发明家Sidney Darlington发明。达林顿三极管由两个普通的双极型三极管（BJT）组成，其中一个三极管的发射极连接到另外一个三极管的基极，形成电流增益更大的复合三极管管。

^Sidney Darlington(1906~1997,10)^

下图显示了两种达林顿管的具体的连接方式，左边的是由一对NPN型双极型三极管组成的NPN型的达林顿三极管，右边则是由一对PNP型的三极管组成的PNP型的达林顿三极管。

在这种配置下，达林顿三极管的电流增益近似等于组成它的两个三极管电流增益的乘积。

^{NPN型和PNP型达林顿三极管}

达林顿管中第一个三极管起工作在射极跟随器工作模式，对输入电流进行放大，提高了输入阻抗。这使得达林顿管可以被普通的TTL，CMOS门电路驱动。

为了使得达林顿管饱和，输入电压需要高于两倍的Vbe。另外，达林顿管饱和时，它的C、E之间的电压需要维持第一级三极管工作电压，这也比普通的三极管饱和电压（大约0.2V）要高得多，一般大于0.65V。在大电流下，这个电压会更高，这就大大增加了达林顿管在开关状态下的功耗。

^{使用两个8050组成的NPN型达林顿管}

使用100kHz，幅值为4V的方波信号驱动上述电路，测量输入电压和集电极输出电压波形如下。

可以看出，达林顿管在饱和导通下C、E之间的电压仍然有0.67V。开关信号的延迟大约为2us。

除了上面由两个相同极性三极管组成的达林顿三极管之外，还可以将NPN，PNP型三极管交叉配置，组成一种称为Sziklai 达林顿三极管，或称为推挽(Push-Pull)配置。

Sziklai达林顿管是由匈牙利人George Clifford Sziklai发明的。他在1930年移居美国，在一些电子公司工作。他共申请了160多个专利，包括有彩色电机及和摄像机等发明，Sziklai达林顿管也是专利之一。

下面显示了Sziklai达林顿三极管的组成方式。

^{PNP型和NPN型Sziklai达林顿三极管}

由于Sziklai达林顿管第一级三极管工作在共集模式，因此它的输入阻抗比较低。它的电流增益比起普通的达林顿配置略微小一点，它的饱和电压大一点。

Sziclai管通常作为普通达林顿管的互补型管来使用。比如它组成PNP型管子与NPN型的达林顿管组成音频放大器的输出级，可以得到更加对称的输出特性。

下面是由8050和8550组成的Sciklai达林顿三极管电路。

如下是对应的输入输出波形。饱和电压为0.69V，比前面由两个NPN：8050组成的达林顿管的饱和电压大。

现在所使用的达林顿管都不再使用分立元件搭建，所需要的两个三极管以及基级电阻都集成在一起，形成统一的单个达林顿管。

BC517是一款常用的NPN型达林顿小功率三极管，Vces=30V,Ic=20mA时，电流增益大于30000。由于达林顿三极管是由两个三极管组合而成，它的参数有着较大的离散性，并受到环境温度影响较大。下图是BC517在不同温度下，随着集电极电流变化对应的电流增益hFE的取值。在环境温度为25°，Ic=150mA的时候，电流增益最大。

BD681是中功率达林顿管，Vceo=100V,工作电流可达4A。电流增益大于750。ULN2003A是一款价格便宜、使用广泛的达林顿阵列集成芯片，其中集成了七个NPN型的达林顿三极管。输入极具有很高的阻抗，可以直接由TTL，或者CMOS门电路驱动，输出级最高可以承受50V电压，吸收500mA电流。达林顿管阵列SN75468可以承受100V工作电压。

达林顿管阵列内部还有反向续流二极管，通过芯片公共端可以连接至负载电源，这对带动感性负载可以节省额外的续流二极管。

^{ULN2003A内部逻辑结构}

由于在集成芯片，达林顿三极管的基级电阻做了优化匹配，三极管的响应速度得到了提高。下图显示了ULN2003带动510欧姆电阻时，输入输出波形，它们之间的延时很小。