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CJE長晶電子 數字晶體管工作原理


選定方法

選定方法

①使TR達到飽和的IC/IB的比率是IC/IB=20/1
②輸入電阻:R1是±30% E-B間的電阻:R2/R1=±20%
③VBE是0.55~0.75V

數字晶體管具有下面的關系式。

■數字晶體管直流電流增益率的關系式

數字晶體管直流電流增益率的關系式

GI:數字晶體管的直流電流增益率
GI=IO/Iin
hFE=IC/IB
IO=IC , Iin=IB +IR2, IB=IC/hFE , IR2=VBE/R2
電壓關系式 VIN=VR1+VBE

■集電極電流關系式

集電極電流關系式

∴ IC= hFE×((Vin-VBE)/R1 )- (VBE/R2)) ???①

※這里所說的hFE是VCE=5V、IC=1mA時的值,不是飽和狀態。

作為開關使用時,需要飽和狀態的電流比率IC/IB=20/1

∴ IC= 20×((Vin-VBE)/R1 )- (VBE/R2 ))???②

將式子①的hFE替換成20/1。

而且,如果在考慮偏差的基礎上計算
將R1的最大值+30% R2的最小值-20% VBE的最大值0.75V這一組最差數值代入式子②計算。
根據下面的式子選擇數字晶體管的電阻R1、R2,使數字晶體管的IC比使用設備上的最大輸出電流Iomax大。

∴ Iomax≦20((Vin-0.75)/(1.3×R1)-0.75/(1.04×R2))

數字晶體管的型號說明

數字晶體管的型號說明

IO和IC的區別

IC: 能夠通過晶體管的電流的最大理論值
IO: 能夠作為數字晶體管使用的電流的最大值

IO和IC的區別

解說

DTA/C系列為例,構成數字晶體管的個別晶體管能流過100mA電流。
用IC=100mA定義。個別晶體管連接電阻R1、R2,則成為數字晶體管。
此數字晶體管流過IC=100mA時,基極電流IB需要相對應的電流値,其結果需要高的輸入電壓VIN。
根據絕對最大額定值限制,由輸入電阻R1的功率許容值(封裝功率)決定輸入電壓VIN(max)。電流IC=100mA流過時,可能超過這個額定值,在不超過VIN(max)條件下,數字晶體管中流過的電流值定義為IO。
如您所知,絕對最大額定值被定義為"不能同時提供2項以上",僅用IC標記沒有問題,但結合客戶實際使用狀態,合并標記為IO。
因此電路設計探討中此IO即為絕對最大額定值。

GI和hFE的區別

hFE: 作為晶體管的直流電流增幅率
GI: 作為數字晶體管的直流電流增幅率

GI和hFE的區別

解說

GI和hFE都表示發射極接地直流電流放大率。
數字晶體管是指普通晶體管上連接2個電阻器的晶體管。
直流電流放大率為 輸出電流/輸入電流 ,因此不因輸入電阻R1,放大率下降。僅有輸入電阻R1的類型 放大率表示為hFE,與個別晶體管hFE相等。
如果在E-B間附加電阻R2,輸入電流則分為流過個別晶體管的電流和流過E-B間電阻R2的電流。
因此放大率比單體時下降。此值稱為GI,用以區分。

關于VI(on)和VI(off)的區別

VI(on)、VI(off)容易被混淆
VI(on): 數字晶體管為保持ON狀態的最低電壓、定義VI(on)為min

錯誤觀點

錯誤觀點
  • 1:由0開始依次加入輸入電壓。
  • 2:達到1.8V時,數字晶體管啟動。
  • 3:因在規格書規定的3V(min) 以下,故判斷為不合格。

正確觀點

正確觀點
  • A:首先為了啟動數字晶體管,加入足夠的輸入電壓Vin(如10V)
  • B:漸漸降低電壓,到規格書規定的3V時停止。
    因仍保持ON狀態,故該產品為合格。
  • C:如果繼續降低基極電壓,不能完全保持ON狀態,而向OFF狀態變化。
    因這一變化點在3V以下,故產品為合格。

關于數字晶體管的溫度特性

根據環境溫度、VBE、hFE、R1、R2變化。
hFE的溫度變化率約為0.5%/oC
VBE的溫度系數約為-2mV/oC(-1.8 to -2.4mV/oC的范圍有偏差)

關于數字晶體管的溫度特性

R1的溫度變化率,如下圖表。

R1的溫度變化率

關于輸出電壓 - 輸出電流特性的低電流領域(數字晶體管的情況)

數字晶體管的輸出電壓-輸出電流特性,按以下測定方法測定。
IO(低電流區域)條件下,個別晶體管基極沒有電流流過。
因此低電流區域輸出電壓 (VO)[VCE(sat)]上升。

出力電圧

測定方法 DTC114EKA 的場合 用IO/Ii=20/1測定。
Ii=IB+IR2、(IR2=VBE/10k=0.65V/10k=65μA)
IB=Ii-IR2=Ii-65μA 即Ii在65μA以下時,IB沒有電流流過,VO [VCE(sat)]上升。
因此,在低電流區域不能測定VO。

關于數字晶體管的開關動作

①晶體管的動作

①晶體管的動作
圖1

如圖1,輸入電壓,啟動NPN晶體管。
在這個電路中,基極(B)-發射極(E)之間輸入順向電壓,注入基極電流。
就是說,在基極(B)領域注入+空穴。
如果在基極(B)領域注入+電子,發射極(E)的載流子-會被吸引至基極(B),但是正極(B)領域非常薄,因此通過加入集電極電壓,載流子可以穿越基極(B)流向集電極(C)。
借此,電流可以由集電極(C)→發射極(E)流動。

②開關動作

②開關動作
圖2

晶體管的動作有增幅作用和開關作用。
在增幅作用中,通過注入基極電流IB,能夠通過增幅hFE倍的集電極IC。
在活性領域中,通過輸入信號持續控制集電極電流,可以得到輸出電流。
在開關作用中,在ON時電氣性飽和狀態(降低集電極-發射極間的飽和電壓)下使用。

關于數字晶體管的用語

VI(on)Min.:輸入電壓 (INPUT ON VOLTAGE)

向OUT引腳、GND引腳間施加正向電壓 (VO),并得到規定的輸出電流時需要的最小輸入電壓,即數字晶體管導通區域的最小輸入電壓值。
因此,如果要從ON狀態變為OFF狀態,需要進一步降低該最小輸入電壓值,所以正常產品的電壓值低于這個數值。

VI(off)Max.:輸入電壓 (INPUT OFF VOLTAGE)

在向OUT引腳、GND引腳間施加電源電壓 (VCC)、輸出電流 (IO) 的狀態下,IN引腳、GND引腳間得到的最大輸入電壓,即可以保持數字晶體管OFF狀態區域的最大輸入電壓值。
因此,如果要從OFF狀態變為ON狀態,需要進一步升高該最大輸入電壓值,所以正常產品的電壓值高于這個數值。

VO(on):輸出電壓 (OUTPUT VOLTAGE)

在任意輸入條件下不超過絕對最大額定值的輸出引腳電壓。GND接地放大電路流過充足的輸入電流時,輸出電壓降低,IN、OUT接合也變為正偏壓狀態。在規定的VO、IO下將II設定為整數(通常10~20)分之一進行測定。

II(Max.):輸入電流 (INPUT CURRENT)

向IN引腳、GND引腳間施加正向電壓 (VI) 時,IN引腳連續流過電流的最大輸入容許值。

GI:GND接地直流電流增益 (DC CURRENT GAIN)

在規定的VO、IO條件下的IO/II的比值。

R1:輸入電阻 (INPUT RESISTANCE)

在IN引腳、晶體管基極之間內置的電阻。R1的公差設定為±30%。另外,還會隨著溫度的變化而變化。

R2/R1:電阻比率(RESISTANCE RATIO)

晶體管的基極?發射極之間的電阻與內置輸入電阻的比率。

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