Transistor Darlington

Transistor Darlington merupakan Bipolar Junction Transistor (BJT) yang dipasang atau disusun seri satu dengan lainnya secara langsung seperti ditunjukan pada Gambar 1 dengan tujuan untuk mendapatkan penguatan arus lebih besar dengan menempatkan output pada terminal Emitter. Transistor Darlington juga tersedia dalam bentuk sebuah produk sehingga tidak perlu merangkai sendiri Darlington dari dua buah BJT. Pada halaman ini semua pembahasan Darlington adalah menggunakan dua buah BJT yang dirangkai menjadi pasangan Darlington seperti ditunjukan pada Gambar 1.

Gambar 1. Transistor Darlington

Dengan transistor Darlington maka suatu rangkaian penguat akan memiliki :

1. Penguatan arus lebih besar dibanding menggunakan satu transistor.
2. Penguatan tegangan lebih kecil dibanding menggunakan satu transistor jika terminal output diletakan pada terminal Emitter (AV << 1).
3. Impedansi atau hambatan input tinggi.
4. Serta memiliki impedansi output rendah dimana umumnya output Darlington diletakan pada terminal Emitter.

Besarnya penguatan arus setiap transistor menggunakan dasar rumus transistor : 

Sehingga besarnya arus yang mengalir pada terminal Collector transistor 1 adalah (ICTr1):

Arus yang mengalir pada terminal Base transistor 2 (IBTr2) nilainya sama dengan arus yang mengalir pada terminal Emitter transistor 1(IETr1). Sehingga arus yang mengalir pada terminal Collector transistor 2 (ICTr2) dapat dicari dengan persamaan :

Dari persamaan ICTr2 di atas, maka besarnya arus mengalir pada terminal Emitter transistor 2 (output Darlington) dapat dicari dengan persamaan : 

Perbandingan besarnya arus output dengan arus input merupakan perbandingan arus pada terminal Emitter transistor 2 dengan arus terminal Base transistor 1, sehingga nilai beta (β) darlington dapat dituliskan dengan persamaan :

Jika β1 dan β2 cukup besar sehingga penjumlahan β2 + β1  tidak terlalu berpengaruh terhadap hasil perkalian  β1 . β2 maka, penguatan arus Darlington dapat diasumsikan : 

 

Contoh rangkaian penguat menggunakan transistor Darlington ditunjukan pada Gambar 2 :

Gambar 2. Penguat kelas A Darlington

Penguat Darlington kelas A memerlukan analisis ac dan dc. 

Analisis DC 

Analisis dc diperlukan untuk menyetel titik keja transistor. Menyetel titik kerja dc penguat kelas A umumnya dengan menyetel tegangan VCE transistor Tr2  sekitar 1/2 VCC.

Semua komponen yang terhubung pada salah satu terminal kapasitor dan komponen tersebut juga tidak terhubung dengan sumber tegangan dc dianggap tidak ada, termasuk kapasitornya, karena kapasitor tidak dapat mengalirkan arus dc. Sehingga dapat dicari variabel-variabel pada analisis dc sebagai berikut :

Tegangan dc pada terminal Base transistor Tr1 (VBTr1) adalah : 

Hambatan pada terminal Base (RB) adalah nilai paralel resistor R1 dengan resistor R2 : 

Besarnya arus maksimum yang diijinkan pada terminal Collector Transistor Tr2  (ICTr2 max) adalah : 

Besarnya hambatan input penguat adalah :

Sehingga besanya hambatan input Darlington dapat ditulis :

re1 : Hambatan dalam transitor Tr1 yang besarnya diasumsikan 25mV / IETr1.

re2 : Hambatan dalam terminal Emitter transistor Tr2 yang besarnya diasumsikan 25mV / IETr2.

Jika nilai RE jauh lebih besar dibanding re2 maka re2 dapat diabaikan sehingga persamaan hambatan input dapat ditulis menjadi : 

Jika nilai RE jauh lebih besar dibanding re2 dan menyebabkan re1 jauh lebih kecil dibanding nilai β2.RE, maka re1 dapat diabaikan sehingga besanya hambatan input Darlington dapat ditulis menjadi : 

Besarnya total hambatan input (Rinput) rangkaian penguat jika β2 dan β1 cukup besar adalah hambatan Rin diparalelkan dengan hambatan pada terminal Base (RB) : 

Untuk mencari besarnya arus dc yang mengalir pada terminal Base Transistor Tr1 adalah dengan mengurangkan tegangan bias terminal Base transistor Tr1 dengan dua tegangan barrier transistor kemudian dibagi dengan seluruh hambatan input transistor dan hambatan pada terminal Base (Rinput), sehingga besarnya arus dc pada terminal Base dapat dituliskan sebagai berikut : 

Analisis ac

Analisis ac diperlukan untuk mencari besarnya penguatan tegangan maupun arus sinyal ac dengan menentukan impedansi input dan output ac yang mirip dengan nilai hambatan input dan output dc, hanya saja melibatkan semua nilai resistansi yang ada pada rangkaian termasuk resistansi dari beban penguat Darlington. 

Gambar 3. Analisis ac Darlington

Gambar 3 menunjukan rangkaian ekivalen ac dimana semua kapasitor dianggap terhubung singkat sehingga semua resistor beban (RL) terhubung secara paralel dengan RE.

Impedansi input (Zin) dapat dicari dengan melihat susunan resistor pada rangkaian ekivalen analisis ac, sehingga Zin dapat dituliskan dengan persamaan :

Besarnya impedansi output (Zout) dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

Penguatan arus Darlington merupakan perbandingan antara arus output transistor 2 pada terminal Emitter dengan besarnya arus yang mengalir pada terminal Base transistor 1.

Sehingga penguatan arus Darlington dapat dituliskan sebagai berikut : 

Penguatan tegangan Darlington sedikit lebih kecil dibanding Common Collector atau agar lebih mudah dapat dituliskan :

Saat ini transistor Darlington dapat berupa produk sebuah transistor sehingga tidak perlu mendesain dari dua buah transistor yang disusun secara seri seperti Gambar 1.

Semua rumus di atas digunakan pada Darlington dengan output pada terminal Emitter 

EoF