Mengapa transistor NPN Darlington digunakan untuk menenggelamkan arus?

Saya perhatikan bahwa transistor NPN Darlington biasanya digunakan untuk menenggelamkan arus. Bukankah lebih masuk akal untuk menggunakan PNP untuk tujuan itu? Ini akan menghindari shunting arus beban melalui kedua persimpangan sekaligus. Memang, kami mungkin ingin berbagi arus antara dua transistor; tetapi dalam hal ini, harap dicatat bahwa transistor kedua masih membawa beban penuh (setengah melalui jalur CE, dan setengah melalui jalur BE).

Untuk itu, mengapa transistor paling sering digunakan untuk menenggelamkan arus; daripada mengendarainya? Saya tidak pernah mengerti itu.

Dalam contoh di atas, tampaknya lebih masuk akal untuk (1) menempatkan beban di bawah transistor; (2) menggunakan PNP Darlington; atau bahkan lebih baik (3) menggunakan pasangan PNP komplementer seperti yang ditunjukkan di sini:

EDIT:

Untuk memperjelas, salah satu pertanyaan yang saya ajukan adalah: Mengapa kita tidak bisa menempatkan transistor NPN ini apa adanya di atas beban? Atau, dalam hal ini, tempatkan PNP Darlington di bawah beban? Dan juga, mengapa Darlingtons bahkan ada, ketika pasangan yang saling melengkapi terlihat menjadi solusi yang lebih bersih?

Switch beban tenggelam dengan NPN darlington memungkinkan sinyal kontrol menjadi sinyal referensi GND. Jika Anda menggunakan sakelar sumber sisi tinggi, biasanya sinyal kontrol memerlukan terjemahan ke domain sinyal referensi GND.

Hari-hari ini ketika MCU mengendalikan hampir semua pin GPIO pada perangkat tersebut adalah sinyal referensi GND. Dan itu harus jelas mengapa banyak sakelar beban menggunakan komponen tipe sinkronisasi dengan input referensi GND.

Mengenai penggunaan NPN daripada PNP, jawaban Michael Karas benar: Anda ingin sinyal kontrol yang direferensikan dari tanah karena transistor tipe-N umumnya memiliki karakteristik yang lebih baik daripada setara tipe-P.

Mengenai bagian lain dari pertanyaan Anda: Darlingtons tidak membagikan arus antara dua transistor 50-50. Yang mana sinyal input tiba di pangkalan membawa mungkin 1% dari arus melaluinya (dengan asumsi beta 100; sebagian besar sirkuit terpadu NPN memiliki betas jauh lebih tinggi (~ 250) sehingga persentase karenanya bahkan lebih rendah). Transistor lain karena itu membawa 99% + dari arus yang digerakkan.

Ini adalah hal yang baik, bukan hal yang buruk. Pasangan Darlington yang terintegrasi dikonfigurasikan dalam tata letak fisik dengan perbedaan ukuran yang signifikan, sehingga transistor drive utama memiliki area persimpangan yang jauh lebih besar daripada yang pertama, memungkinkan CE yang jauh lebih rendah pada resistansi untuk arus drive yang lebih rendah dan kemampuan penanganan arus maks yang jauh lebih tinggi. Ini tanpa perlu memasangkan beberapa transistor secara paralel, yang dapat menyebabkan pemisahan arus yang tidak merata karena perbedaan perangkat, bahkan pada sirkuit terintegrasi.

Terakhir, NPN Darlingtons dapat dengan mudah dibangun pada sirkuit terintegrasi secara efektif sebagai meta-transistor tunggal; mereka berbagi wilayah kolektor yang sama tetapi memiliki daerah basis / emitor tertanam yang berbeda (dengan perbedaan ukuran yang saya sebutkan sebelumnya). Menghubungkan emitor yang lebih kecil ke pangkalan yang lebih besar cukup sepele. Saya cukup yakin inilah yang dilakukan pada array multi-Darlington terintegrasi misalnya seri ULN2k (Saya tidak memiliki detail akses lagi, tetapi saya melihat beberapa cara ini kembali ketika melakukan studi saya dalam hal ini).

Dalam konfigurasi Darlington, arus basis dari transistor yang lebih besar membantu menggerakkan beban dan mengatur sendiri. Jika seseorang perlu menggerakkan beban 10 amp dan ingin menghindari asumsi beta yang lebih besar dari 40, orang harus mampu menggerakkan basis transistor besar dengan 250mA. Untuk mendapatkan 250mA itu, seseorang harus menggerakkan basis transistor kecil dengan 7mA. Menggunakan konfigurasi Darlington, jika beban menarik 10A, 9,75A akan mengalir melalui kolektor transistor besar dan 250mA akan mengalir melalui transistor kecil ke dasar yang besar. The 7mA didorong ke basis transistor kecil akan "terbuang". Jika beban turun menjadi 10mA, basis transistor kecil akan tetap mengkonsumsi 7mA, yang akan melewati basis transistor besar,

Pada sebagian besar konfigurasi lain, mengatur agar transistor besar memiliki 250mA tersedia di pangkalannya ketika dibutuhkan akan menyiratkan bahwa 250mA akan diumpankan ke basis transistor besar bahkan ketika itu tidak diperlukan. Dalam kasus di mana beban diketahui membutuhkan 10A, itu tidak akan menjadi masalah, tetapi dalam kasus di mana beban mungkin membutuhkan apa pun dari 10uA hingga 10A, membuang 250mA pada saat-saat ketika beban membutuhkan 10mA mungkin tidak diinginkan.

Anda harus dapat melihat sendiri dari diagram Anda sendiri bahwa rangkaian bawah memerlukan akses ke rel daya, sedangkan sakelar sisi rendah murni dapat dipra-paket tanpa memerlukan koneksi itu.