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

Los interruptores de carga que se hunden con un darlington NPN permiten que la señal de control sea una señal de referencia GND. Si utiliza conmutadores de fuente lateral alta, lo más habitual es que la señal de control deba traducirse a un dominio de señal referenciado en GND.

En estos días, cuando las MCU controlan casi todo, los pines GPIO en tales dispositivos son señales de referencia GND. Y así debería ser obvio por qué muchos conmutadores de carga utilizan los componentes de tipo de sincronización con una entrada de referencia GND.

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: Darlington no comparte la corriente entre los dos transistores 50-50. Aquel en el que la señal de entrada llega a la base transporta quizás un 1% de la corriente a través de ella (suponiendo una beta de 100; la mayoría de las NPN de circuitos integrados tienen betas mucho más altas (aproximadamente 250), por lo que el porcentaje es aún más bajo). El otro transistor por lo tanto lleva 99% + de la corriente conducida.

Esto es algo bueno, no algo malo. Los pares de Darlington integrados están configurados en una distribución física con un diferencial de tamaño significativo, de modo que el transistor de la unidad principal tiene un área de unión mucho más grande que la primera, lo que permite una resistencia de C-E mucho menor para las corrientes de la unidad más bajas y una capacidad de manejo de corriente máxima mucho mayor. Esto es sin la necesidad de emparejar varios transistores en paralelo, lo que puede causar una división desigual de la corriente debido a las diferencias de dispositivos, incluso en circuitos integrados.

Por último, los NPN Darlington pueden construirse fácilmente en un circuito integrado de manera efectiva como un único meta-transistor; comparten la misma región de recopilador pero tienen diferentes regiones integradas de base / emisor (con la diferencia de tamaño que mencioné anteriormente). Conectar el emisor de los más pequeños a la base de los más grandes es bastante trivial. Estoy bastante seguro de que esto es lo que se hace en las matrices integradas de múltiples Darlington, por ejemplo. Serie ULN2k (ya no tengo los detalles de acceso, pero vi algo de esta manera cuando estudié esto).

En la configuración de Darlington, la corriente de base del transistor más grande ayuda a conducir la carga y se autorregula. Si uno necesita conducir una carga de 10 amperios y quiere evitar asumir una versión beta mayor que 40, deberá ser capaz de conducir la base del transistor grande con 250 mA. Para obtener esos 250 mA, uno tendría que conducir la base del pequeño transistor con 7 mA. Usando una configuración de Darlington, si la carga dibuja 10A, 9.75A fluirá a través del colector del transistor grande y 250mA 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 aún consumiría 7 mA, que pasaría a través de la base del gran transistor, pero se requeriría poca corriente en otros lugares.

En la mayoría de las otras configuraciones, disponer que el transistor grande tenga 250 mA disponibles en su base cuando sea necesario implicaría que 250 mA se enviarían 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 requiera algo de 10uA a 10A, desperdiciar 250 mA en momentos en que la carga requiere 10mA puede no ser deseable.

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