I transistor Darlington

Chi desidera costruirsi un amplificatore davvero semplice, magari come prima esperienza nel campo audio, può divertirsi con questo schema che utilizza un solo transistor e pochissimi altri componenti. L'amplificatore potrà funzionare, per esempio, con un lettore mp3 o con l'uscita proveniente dalla scheda audio di un PC.

Come si può leggere nella pagina sui transistori, i transistor detti Darlington sono costituiti in realtà da due transistor, accoppiati in modo che la corrrente in uscita dall'emettitore del primo, entri nella base del secondo (figura 1).
Questa configurazione consente di ottenere un elevato guadagno, ovvero amplificazione, ed un'altrettanto alta impedenza d'ingresso. Se il segnale da amplificare possiede già un buon livello, dell'ordine delle centinaia di millivolt, è possibile realizzare un amplificatore ottimamente funzionante utilizzando un singolo transistor di tale tipo.
Nel prototipo che ho realizzato come prova, io ho usato un transistor TIP142 (figura 2), ma vanno ugualmente bene altri transistor, purchè di polarità NPN e di potenza adeguata, come i BD677, BD681, BDX53, TIP 110 ecc.
Come si vede in figura 2, oltre ai due transistor accoppiati, nel TIP142 sono presenti due resistori che contribuiscono alla polarizzazione ed un diodo D con funzione di protezione dalle tensioni inverse. Poichè i valori dei resistori possono essere diversi da un transistor all'altro, montando un darlington di altro tipo potrebbe essere necessario usare una Rb di valore diverso da quello indicato nell'elenco componenti.

Il nostro amplificatore in classe A

Realizzare un amplificatore usando un solo transistor, sia pure di tipo darlington, comporta la scelta obbligata del funzionamento in classe A; come già si è detto nella pagina sugli amplificatori digitali, questo tipo di stadio finale è caratterizzato da un basso rendimento energetico, prossimo al 25%.
L'amplificatore che vedremo, funzionando con un'alimentazione di 12 V, assorbe in modo continuo una corrente di circa 0,4 A; non è quindi adatto a funzionare con batterie (a meno che non sì tratti di una batteria da auto) ma richiede un apposito alimentatore.

Quale uso possiamo farne? Avendo un solo transistor il guadagno è limitato, quindi occorre applicare in ingresso un segnale di discreta ampiezza: va benissimo, per esempio, il segnale proveniente da un lettore mp3 o dall'uscita audio di un PC; poichè tali sorgenti hanno già una propria regolazione di volume, nell'amplificatore tale controllo non è presente.

E veniamo allo schema del circuito. Come si vede in figura 3, il segnale in arrivo, tramite il condensatore Cin viene applicato sulla base del transistor. La resistenza Rb determina il punto di lavoro dello stadio, mentre il segnale di uscita, che si forma ai capi della resistenza Rc, arriva all'altoparlante tramite il condensatore Cout. Per il corretto funzionamento del nostro schema è necessario che la tensione sul collettore di T1 (punto indicato dalla freccia rossa) sia la metà della tensione di alimentazione, e cioè circa 6 V; per ottenere tale condizione può essere necessario variare il valore della Rb, tenendo presente che ad un minor valore di Rb corrisponde un minor valore della tensione di collettore.
Due punti sono da considerare: a causa della corrente assorbita, si verifica una discreta produzione di calore da parte del transistor e della resistenza Rc. Il transistor va quindi montato su adeguata aletta di raffreddamento, di almeno 35 cm², mentre la resistenza Rc deve essere adatta a dissipare una potenza di 5 W o più.
La rete costituita da Cf ed Rf introduce una leggera controreazione, allo scopo di migliorare il segnale in uscita; può anche essere omessa, nel qual caso si ottiene una maggiore sensibilità, ovvero un guadagno più elevato.

Elenco dei componenti

T1: transistor darlington NPN, tipo BD677, BD681, BDX53, TIP 110, TIP142, ecc
Rc: resistenza da 15 ohm, 5 W
Rb: resistenza da 150 kohm 1/4 w; (vedere nota a fondo pagina)
Rf: resistenza da 10 kohm 1/4 w
Cout: condensatore elettrolitico da 1000 µF 35 V
Cin: condensatore elettrolitico da 10 µF 25 V
Cf: condensatore poliestere 150 kpF
Altoparlante: della potenza di almeno 4 W, impedenza 8 ohm

Come già detto, è probabile che il valore di Rb debba essere variato, in funzione del transistor utilizzato; se la tensione sul collettore di T1 risulta alta, si possono provare per Rb valori di 120 kohm, 100 kohm o meno; se risulta troppo bassa si possono provare valori di 180 kohm, 220 kohm e così via.

Per chi non è tanto pratico di componenti e montaggi elettronici, aggiungo un'immagine fotografica che illustra come realizzare il progettino: