知道并理解！数字晶体管的原理-ag凯发旗舰厅

选定方法

①使tr达到饱和的i_c/i_b的比率是i_c/i_b=20/1
②输入电阻：r₁是±30% e-b间的电阻：r₂/r₁=±20%
③v_be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

■集电极电流关系式

∴ i_c= h_fe×((vin-v_be)/r₁ )- (v_be/r₂)) ・・・①

※这里所说的h_fe是v_ce=5v、i_c=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i_c/i_b=20/1

∴ i_c= 20×((vin-v_be)/r₁ )- (v_be/r₂ ))・・・②

将式子①的h_fe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% v_be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i_c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))

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数字晶体管的型号说明

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i_o和i_c的区别

i_c: 能够通过晶体管的电流的最大理论值
i_o: 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i_c=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i_c=100ma时，基极电流i_b需要相对应的电流値，其结果需要高的输入电压v_in。
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v_in(max)。电流i_c=100ma流过时，可能超过这个额定值，在不超过v_in(max)条件下，数字晶体管中流过的电流值定义为i_o。
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i_c标记没有问题，但结合客户实际使用状态，合并标记为i_o。
因此电路设计探讨中此i_o即为绝对最大额定值。

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g_i和h_fe的区别

h_fe: 作为晶体管的直流电流增幅率
g_i: 作为数字晶体管的直流电流增幅率

解说

g_i和h_fe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h_fe，与个别晶体管h_fe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g_i，用以区分。

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关于v_i(on)和v_i(off)的区别

v_i(on)、v_i(off)容易被混淆
v_i(on): 数字晶体管为保持on状态的最低电压、定义v_i(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。

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关于数字晶体管的温度特性

根据环境温度、v_be、h_fe、r₁、r₂变化。
h_fe的温度变化率约为0.5％/ºc
v_be的温度系数约为－2mv/ºc(-1.8 to -2.4mv/ºc的范围有偏差)

r₁的温度变化率，如下图表。

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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。
i_o（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 (v_o)[v_ce(sat)]上升。

测定方法 的场合 用i_o/ii=20/1测定。
ii=i_b i_r2、(i_r2=v_be/10k=0.65v/10k=65μa)
i_b=ii-i_r2=ii-65μa 即ii在65µa以下时，i_b没有电流流过，v_o [v_ce(sat)]上升。
因此，在低电流区域不能测定v_o。

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关于数字晶体管的开关动作

①晶体管的动作

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

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i_b，能够通过增幅h_fe倍的集电极i_c。
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。

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关于数字晶体管的用语

v_i(on)min.：输入电压 (input on voltage)

向out引脚、gnd引脚间施加正向电压 (v_o)，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。

v_i(off)max.：输入电压 (input off voltage)

在向out引脚、gnd引脚间施加电源电压 (v_cc)、输出电流 (i_o) 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。

v_o(on)：输出电压 (output voltage)

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v_o、i_o下将i_i设定为整数（通常10~20）分之一进行测定。

i_i(max.)：输入电流 (input current)

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

g_i：gnd接地直流电流增益 (dc current gain)

在规定的v_o、i_o条件下的i_o/i_i的比值。

r₁：输入电阻 (input resistance)

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（resistance ratio）

晶体管的基极∙发射极之间的电阻与内置输入电阻的比率。