Darlington

Un Darlington est un composant semi-conducteur composite constitué de deux transistors bipolaires empilés dans un seul boîtier, le collecteur du premier transistor étant connecté à la base du second. Cet arrangement amplifie le signal d'entrée deux fois, donnant à la paire un gain en courant (bêta) typiquement entre 1 000 et 20 000, comparé à 50 à 200 pour un seul transistor. Le compromis est une chute de tension directe plus élevée à travers la jonction base-émetteur: environ 1,4 volt au lieu de 0,7 volt.

Les Darlingtons se présentent sous deux formes principales. Les paires Darlington discrètes, telles que les séries 2N6045 ou TIP100, sont des dispositifs à trois broches (base, collecteur, émetteur) dans des boîtiers métalliques TO-220 ou des boîtiers plastiques plus petits. Les réseaux Darlington intègrent plusieurs paires sur une seule puce; le ULN2003 est un exemple classique, regroupant sept paires Darlington avec des résistances de collecteur intégrées pour piloter des charges logiques. Les réseaux intégrés sont populaires dans les circuits de commande car ils permettent une connexion directe aux sorties de microcontrôleur sans composants supplémentaires.

Où et pourquoi ils fonctionnent

Le gain élevé d'un Darlington le rend idéal lorsque de petits courants d'entrée doivent commuter ou contrôler de grands courants de charge. Les pilotes de moteurs pas à pas, les contrôleurs de relais et les pilotes de segments d'affichage utilisent couramment des réseaux Darlington. Une broche GPIO de microcontrôleur délivrant 5 milliampères peut commuter plusieurs centaines de milliampères via une sortie Darlington, éliminant le besoin d'une résistance de limitation de courant séparée sur l'entrée. Cependant, le gain élevé signifie également que le dispositif est sensible aux fuites base-émetteur; à des températures élevées, un Darlington peut dériver vers une conduction partielle même avec un signal d'entrée nul.

La tension de saturation élevée (0,4 à 0,7 volt entre collecteur et émetteur) et la faible vitesse de commutation (temps de montée typiquement de 5 à 20 microsecondes) rendent les Darlingtons inadaptés à l'amplification audio ou à la commutation haute fréquence. Les applications logiques à grande vitesse préfèrent les MOSFET ou les transistors uniques plus petits. Pour le contrôle moteur et les charges inductives, des diodes de roue libre à travers la charge sont essentielles car la lenteur de l'arrêt du Darlington peut permettre des pics de tension dangereux lorsque le courant s'inverse soudainement.

Le dispositif doit son nom à Sidney Darlington, qui a décrit la configuration dans un brevet de 1953. Aujourd'hui, les paires Darlington restent standard dans les systèmes de contrôle industriels, en particulier dans les équipements existants et dans les conceptions simples et économiques où la vitesse n'est pas critique et où la force motrice est plus importante que la précision.