Amplificateur paire Darlington : configuration transistor haut gain expliquée

Qu'est-ce qu'une paire Darlington ?

Une paire Darlington (ou transistor Darlington) connecte deux transistors bipolaires (BJT) de sorte que l'émetteur du premier pilote la base du second, produisant un dispositif composite avec β_total ≈ β₁ × β₂ — typiquement 1 000–10 000 vs 50–200 pour un BJT unique.

Configuration circuit

 +Vcc
 |
 Rc
 |
 Collecteur (Q2) ──→ Sortie
 |
 Emetteur (Q2) ───┬───→ Sortie (suiveur émetteur)
 |
 Collecteur (Q1)
 |
 Base (Q1) ──────┘ ← Entrée
 |
 Gnd 

Clé : Collecteurs reliés ; émetteur Q1 → base Q2 ; entrée base unique (Q1) ; sortie émetteur unique (Q2).

Principe fonctionnement

1. Faible courant base (I_B1) entre Q1
2. Courant collecteur Q1 : I_C1 = β₁·I_B1
3. Ce courant devient courant base Q2 : I_B2 = I_C1
4. Courant collecteur Q2 : I_C2 = β₂·I_B2 = β₁β₂·I_B1
5. Courant émetteur total : I_E ≈ I_C2 (puisque I_B1 ≪ I_C2)

Caractéristiques clés

Paramètre	BJT unique	Paire Darlington
Gain courant (β/hFE)	50–300	1 000–10 000+
Tension base-émetteur (VBE)	0,6–0,7V	1,2–1,4V (deux jonctions)
Impédance entrée	β·RE	β₁β₂·RE (très haute)
Impédance sortie	Faible (suiveur émetteur)	Très faible
Tension saturation (VCE(sat))	0,1–0,2V	0,7–1,0V (Q2 ne sature jamais pleinement)
Vitesse commutation	Rapide (ns–µs)	Plus lente (temps stockage ×2)
Stabilité thermique	Bonne	Défiée (tempco positif VBE ×2)

Boîtiers Darlington intégrés

• Monolithique (une puce) : TIP120/121/122 (NPN, 60–100V, 5A), TIP125/126/127 (PNP)
• Paires complémentaires : TIP120 + TIP125 pour push-pull
• Haute tension : MJ11015/11016 (120V, 30A), BUX98 (450V)
• Avec résistances intégrées : Résistances base-émetteur accélèrent extinction, suppriment fuite

Applications typiques

• Amplis puissance audio : Étage sortie (souvent Sziklai complémentaire pour V_BE plus bas)
• Drivers moteur/relais/solénoïde : Fort courant depuis entrée niveau logique (GPIO MCU → charge 5A)
• Transistors passage alimentations : Régulateurs linéaires, éléments passage série
• Capteurs tactile : Haute impédance détecte fuite picoampères
• Drivers lumière/LED : Commutation côté haut avec commande base minimale

Paire Sziklai (Darlington complémentaire)

NPN + PNP (ou PNP + NPN) → seulement une chute V_BE (0,7V), meilleure saturation, symétrie complémentaire pour sorties push-pull. Utilisée audio haut de gamme (ex: designs Nelson Pass).

Considérations conception

• Commande base : Assurez I_B1 > I_C2(max) / (β₁β₂_min)
• Extinction : Ajoutez résistance base-émetteur (100Ω–10kΩ) sur Q2 pour évacuer charge stockée
• Thermique : V_CE(sat) plus haute → plus dissipation ; radiateur adéquat essentiel
• Oscillation parasite : Gain élevé + capacités parasites → stabilisez avec résistance butée base (10–100Ω)

Résumé

La paire Darlington échange vitesse et tension saturation pour gain courant énorme et impédance entrée ultra-haute. C'est la solution quand un microcontrôleur doit piloter charge fort courant directement, ou quand impédance entrée ultra-haute nécessaire. Pour étages sortie audio, paire Sziklai souvent surpasse. Vérifiez toujours SOA (Zone Fonctionnement Sûr) et conception thermique.