¿Por qué se utilizan los transistores NPN Darlington para hundir la corriente?

Noté que los transistores NPN Darlington se usan comúnmente para hundir corriente. ¿No tendría más sentido usar PNP para este propósito? Esto evitaría desviar la corriente de carga a través de ambas uniones a la vez. De acuerdo, podríamos querer compartir la corriente entre dos transistores; pero en ese caso, tenga en cuenta que el segundo transistor todavía está llevando la carga completa (la mitad a través de la ruta CE y la otra mitad a través de la ruta BE).

De hecho, ¿por qué los transistores se usan más comúnmente para la corriente de hundimiento? en lugar de conducirlo? Nunca he entendido eso.

En el ejemplo anterior, parece más sensato (1) colocar la carga debajo del transistor; (2) usar un PNP Darlington; o incluso mejor (3) use un par PNP complementario como se muestra aquí:

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Para aclarar, una de las preguntas que hago es: ¿Por qué no podemos colocar este transistor NPN como está sobre la carga? O, para el caso, ¿colocar un PNP Darlington debajo de la carga? Y también, ¿por qué existen los Darlingtons, cuando un par complementario parece ser una solución más limpia?

Los interruptores de carga que se hunden con un darlington NPN permiten que la señal de control sea una señal referenciada a GND. Si utiliza interruptores de abastecimiento de lado alto, lo más típico es que la señal de control necesite traducción a un dominio de señal referenciada a GND.

En estos días, cuando las MCU controlan casi todo, los pines GPIO en dichos dispositivos son señales referenciadas a GND. Por lo tanto, debería ser obvio por qué muchos conmutadores de carga usan los componentes de tipo de sincronización con una entrada referenciada a GND.

Con respecto al uso de NPN en lugar de PNP, la respuesta de Michael Karas es correcta: desea señales de control con referencia a tierra porque los transistores de tipo N generalmente tienen mejores características que los equivalentes de tipo P.

Con respecto a otras partes de su pregunta: los Darlington no comparten la corriente entre los dos transistores 50-50. El lugar donde la señal de entrada llega a la base transporta tal vez el 1% de la corriente a través de ella (suponiendo una beta de 100; la mayoría de los NPN de circuitos integrados tienen betas mucho más altas (~ 250), por lo que el porcentaje es aún más bajo). Por lo tanto, el otro transistor transporta más del 99% de la corriente accionada.

Esto es algo bueno, no malo. Los pares Darlington integrados se configuran en un diseño físico con un diferencial de tamaño significativo, de modo que el transistor de accionamiento principal tiene un área de unión mucho más grande que el primero, lo que permite una CE de resistencia mucho menor para corrientes de accionamiento más bajas y una capacidad de manejo de corriente máxima mucho más alta. Esto es sin la necesidad de emparejar múltiples transistores en paralelo, lo que puede causar una división de corriente desigual debido a las diferencias del dispositivo, incluso en los circuitos integrados.

Por último, los Darlington de NPN pueden construirse fácilmente en un circuito integrado de manera efectiva como un único metatransistor; comparten la misma región de colector pero tienen diferentes regiones de base / emisor incrustadas (con la diferencia de tamaño que mencioné anteriormente). Conectar el emisor del más pequeño a la base del más grande es bastante trivial. Estoy bastante seguro de que esto es lo que se hace en los arreglos integrados de Darlington múltiple, por ejemplo, la serie ULN2k (ya no tengo los detalles de acceso, pero sí vi algo de esto cuando hice mis estudios en estas cosas).

En la configuración de Darlington, la corriente base del transistor más grande ayuda a impulsar la carga y se autorregula. Si uno necesita manejar una carga de 10 amperios y quiere evitar asumir una beta mayor que 40, tendrá que ser capaz de manejar la base del transistor grande con 250 mA. Para obtener esos 250 mA, uno necesitaría manejar la base del pequeño transistor con 7 mA. Usando una configuración de Darlington, si la carga consume 10A, 9.75A fluirá a través del colector del transistor grande y 250 mA fluirá a través del transistor pequeño hacia la base del grande. Los 7 mA conducidos a la base del pequeño transistor se "desperdiciarán". Si la carga cayera a 10 mA, la base del pequeño transistor seguiría consumiendo 7 mA, que pasaría por la base del transistor grande,

En la mayoría de las otras configuraciones, disponer que el transistor grande tenga 250 mA disponibles en su base cuando sea necesario implicaría que se alimentarían 250 mA a la base del transistor grande, incluso cuando no fuera necesario. En los casos en que se sabe que la carga requiere 10A, eso no sería un problema, pero en los casos en que la carga puede requerir algo de 10uA a 10A, desperdiciar 250mA en momentos en que la carga requiere 10mA puede ser indeseable.

A partir de sus propios diagramas, debería poder ver por sí mismo que el circuito inferior necesita acceso al riel de alimentación, mientras que el interruptor del lado bajo puro se puede empaquetar previamente sin necesidad de esa conexión.