数字晶体管的原理.docx

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数字晶体管的原理

数字晶体管的原理

选定方法

①使TR达到饱和的IC/IB的比率是IC/IB=20/1

②输入电阻：

R1是±30%E-B间的电阻：

R2/R1=±20%

③VBE是0.55~0.75V

数字晶体管具有下面的关系式。

■数字晶体管直流电流增益率的关系式

GI：

数字晶体管的直流电流增益率

GI=IO/Iin

hFE=IC/IB

IO=IC,Iin=IB+IR2,IB=IC/hFE,IR2=VBE/R2

电压关系式VIN=VR1+VBE

■集电极电流关系式

∴IC=hFE×（（Vin-VBE）/R1）-（VBE/R2））・・・①

※这里所说的hFE是VCE=5V、IC=1mA时的值，不是饱和状态。

作为开关使用时，需要饱和状态的电流比率IC/IB=20/1

∴IC=20×（（Vin-VBE）/R1）-（VBE/R2））・・・②

将式子①的hFE替换成20/1。

而且，如果在考虑偏差的基础上计算

将R1的最大值+30%R2的最小值-20%VBE的最大值0.75V这一组最差数值代入式子②计算。

根据下面的式子选择数字晶体管的电阻R1、R2，使数字晶体管的IC比使用设备上的最大输出电流Iomax大。

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

数字晶体管的型号说明

IO和IC的区别

IC:

能够通过晶体管的电流的最大理论值

IO:

能够作为数字晶体管使用的电流的最大值

解说

DTA/C系列为例，构成数字晶体管的个别晶体管能流过100mA电流。

用IC=100mA定义。

个别晶体管连接电阻R1、R2，则成为数字晶体管。

此数字晶体管流过IC=100mA时，基极电流IB需要相对应的电流値，其结果需要高的输入电压VIN。

根据绝对最大额定值限制，由输入电阻R1的功率许容值（封装功率）决定输入电压VIN（max）。

电流IC=100mA流过时，可能超过这个额定值，在不超过VIN（max）条件下，数字晶体管中流过的电流值定义为IO。

如您所知，绝对最大额定值被定义为"不能同时提供2项以上"，仅用IC标记没有问题，但结合客户实际使用状态，合并标记为IO。

因此电路设计探讨中此IO即为绝对最大额定值。

GI和hFE的区别

hFE:

作为晶体管的直流电流增幅率

GI:

作为数字晶体管的直流电流增幅率

解说

GI和hFE都表示发射极接地直流电流放大率。

数字晶体管是指普通晶体管上连接2个电阻器的晶体管。

直流电流放大率为输出电流/输入电流，因此不因输入电阻R1，放大率下降。

仅有输入电阻R1的类型放大率表示为hFE，与个别晶体管hFE相等。

如果在E-B间附加电阻R2，输入电流则分为流过个别晶体管的电流和流过E-B间电阻R2的电流。

因此放大率比单体时下降。

此值称为GI，用以区分。

关于VI（on）和VI（off）的区别

VI（on）、VI（off）容易被混淆

VI（on）:

数字晶体管为保持ON状态的最低电压、定义VI（on）为min

错误观点

1：

由0开始依次加入输入电压。

2：

达到1.8V时，数字晶体管启动。

3：

因在规格书规定的3V（min）以下，故判断为不合格。

正确观点

A：

首先为了启动数字晶体管，加入足够的输入电压Vin（如10V）

B：

渐渐降低电压，到规格书规定的3V时停止。

因仍保持ON状态，故该产品为合格。

C：

如果继续降低基极电压，不能完全保持ON状态，而向OFF状态变化。

因这一变化点在3V以下，故产品为合格。

关于数字晶体管的温度特性

根据环境温度、VBE、hFE、R1、R2变化。

hFE的温度变化率约为0.5％/ºC

VBE的温度系数约为－2mV/ºC（-1.8to-2.4mV/ºC的范围有偏差）

R1的温度变化率，如下图表。

关于输出电压-输出电流特性的低电流领域（数字晶体管的情况）

数字晶体管的输出电压-输出电流特性，按以下测定方法测定。

IO（低电流区域）条件下，个别晶体管基极没有电流流过。

因此低电流区域输出电压（VO）[VCE（sat）]上升。

测定方法DTC114EKA的场合用IO/Ii=20/1测定。

Ii=IB+IR2、（IR2=VBE/10k=0.65V/10k=65μA）

IB=Ii-IR2=Ii-65μA即Ii在65µA以下时，IB没有电流流过，VO[VCE（sat）]上升。

因此，在低电流区域不能测定VO。

关于数字晶体管的开关动作

①晶体管的动作

图1

如图1，输入电压，启动NPN晶体管。

在这个电路中，基极（B）-发射极（E）之间输入顺向电压，注入基极电流。

就是说，在基极（B）领域注入+空穴。

如果在基极（B）领域注入+电子，发射极（E）的载流子-会被吸引至基极（B），但是正极（B）领域非常薄，因此通过加入集电极电压，载流子可以穿越基极（B）流向集电极（C）。

借此，电流可以由集电极（C）→发射极（E）流动。

②开关动作

图片

图2

晶体管的动作有增幅作用和开关作用。

在增幅作用中，通过注入基极电流IB，能够通过增幅hFE倍的集电极IC。

在活性领域中，通过输入信号持续控制集电极电流，可以得到输出电流。

在开关作用中，在ON时电气性饱和状态（降低集电极-发射极间的饱和电压）下使用。

关于数字晶体管的用语

VI（on）Min.：

输入电压（INPUTONVOLTAGE）

向OUT引脚、GND引脚间施加正向电压（VO），并得到规定的输出电流时需要的最小输入电压，即数字晶体管导通区域的最小输入电压值。

因此，如果要从ON状态变为OFF状态，需要进一步降低该最小输入电压值，所以正常产品的电压值低于这个数值。

VI（off）Max.：

输入电压（INPUTOFFVOLTAGE）

在向OUT引脚、GND引脚间施加电源电压（VCC）、输出电流（IO）的状态下，IN引脚、GND引脚间得到的最大输入电压，即可以保持数字晶体管OFF状态区域的最大输入电压值。

因此，如果要从OFF状态变为ON状态，需要进一步升高该最大输入电压值，所以正常产品的电压值高于这个数值。

VO（on）：

输出电压（OUTPUTVOLTAGE）

在任意输入条件下不超过绝对最大额定值的输出引脚电压。

GND接地放大电路流过充足的输入电流时，输出电压降低，IN、OUT接合也变为正偏压状态。

在规定的VO、IO下将II设定为整数（通常10~20）分之一进行测定。

II（Max.）：

输入电流（INPUTCURRENT）

向IN引脚、GND引脚间施加正向电压（VI）时，IN引脚连续流过电流的最大输入容许值。

GI：

GND接地直流电流增益（DCCURRENTGAIN）

在规定的VO、IO条件下的IO/II的比值。

R1：

输入电阻（INPUTRESISTANCE）

在IN引脚、晶体管基极之间内置的电阻。

R1的公差设定为±30%。

另外，还会随着温度的变化而变化。

R2/R1：

电阻比率（RESISTANCERATIO）

晶体管的基极∙发射极之间的电阻与内置输入电阻的比率。