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了解雙極結(jié)型晶體管（BJT）的開關(guān)特性

2023/1/29 10:09:36

可通過基極電流開啟或關(guān)閉雙極結(jié)型晶體管（BJT）。但是，由于基極-發(fā)射極二極管兩端的壓降在很大程度上取決于溫度，因而在許多應(yīng)用中，需要一個(gè)串聯(lián)電阻將基極電流保持在所需水平，從而確保BJT穩(wěn)定安全地工作。

為了減少元器件數(shù)量、簡(jiǎn)化電路板設(shè)計(jì)，配電阻晶體管將一個(gè)或兩個(gè)雙極性晶體管與偏置電阻組合在一起，集成在同一個(gè)晶片上。替代方案包括在基極-發(fā)射極路徑上并聯(lián)第二個(gè)集成電阻，以創(chuàng)建用于設(shè)置基極電壓的分壓器。這可以提供更精細(xì)的微調(diào)和更好的關(guān)斷特性。由于這些內(nèi)部電阻的容差高于外部電阻，因而RET適合晶體管在打開或關(guān)斷狀態(tài)下工作的開關(guān)應(yīng)用。因此，RET有時(shí)被稱為數(shù)字晶體管。本文討論了在開關(guān)應(yīng)用中使用RET進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的一些關(guān)鍵操作參數(shù)。

IC/IIN是指RET的電流增益hFE，其中的IIN包括基極電流和流經(jīng)R2的電流（IR2 = VBE/R2）。因此，hFE比RET小，后者只有一個(gè)串聯(lián)基極電阻R1。因?yàn)檩斎腚娏鲝幕鶚O分流，所以R2值越低，hFE值就越小。

測(cè)量hFE的測(cè)試條件是施加0.5mA的基極電流和10 mA的集電極電流。Vi（off）是RET器件關(guān)閉時(shí)的輸入電壓。在這種情況下，集電極泄漏電流為100μA，集電極-發(fā)射極電壓（VCE）為5V。該條件必須要滿足，以確保RET在關(guān)斷狀態(tài)下可以安全運(yùn)行。當(dāng)測(cè)試處于導(dǎo)通狀態(tài)的RET時(shí)，VI（on）min是最關(guān)鍵的參數(shù)。用于驅(qū)動(dòng)RET的電路必須能夠提供該電壓電平，以確保安全開啟。導(dǎo)通狀態(tài)是指集電極-發(fā)射極電壓為0.3V時(shí)，集電極電流為10mA的狀態(tài)。RET數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的VI額定值僅針對(duì)這些測(cè)試條件有效。RET需通過更大的基極驅(qū)動(dòng)電壓VI（on）來獲得更大的開關(guān)電流。

在VI（off）條件下，會(huì)有一個(gè)微小的基極電流流過晶體管（約0.3μA）。關(guān)閉RET所需的電壓典型值與電阻比R1/R2有關(guān)。當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，可以通過R2或基極-發(fā)射極二極管兩端的壓降目標(biāo)來計(jì)算此值。對(duì)于NHDTC系列，該電壓大約為580mV。因此，電阻比為1時(shí)的VI（off）值具有相同的電壓。由于上述原因，當(dāng)R2為47kΩ，且R1值為2.2kΩ、4.7kΩ或10kΩ時(shí)，關(guān)斷狀態(tài)的典型電壓值均會(huì)較低。VI（off） max需為偶數(shù)值，以確保器件在圖2中最左側(cè)的深綠色陰影區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。

Nexperia的RET產(chǎn)品組合

正確選擇電阻分壓器至關(guān)重要，以確保RET的控制電壓范圍與驅(qū)動(dòng)級(jí)相匹配。所需的集電極或負(fù)載電流會(huì)影響為導(dǎo)通狀態(tài)提供的基極電流�？墒褂幂^低的R1和/或流經(jīng)R2的較小旁路電流來設(shè)置較高的集電極電流。

除了通用系列，Nexperia還提供具有增強(qiáng)功能的RET器件，例如，NHDTA/NHDTC系列RET的VCEO為80V。這一特性使得這些器件非常適合48V汽車應(yīng)用。PDTB和PBRN系列RET支持500/600mA的集電極電流，并可用于開關(guān)功率繼電器和功率LED。

有關(guān)溫度的注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，需密切關(guān)注VI參數(shù)的溫度漂移。BJT的VBE隨溫度升高而降低，其中系數(shù)約為-1.7mV/K至-2.1mV/K。對(duì)于獨(dú)立的BJT，hFE也會(huì)每開爾文增加約1%。

VI（on）為IC的函數(shù)，因此在相同的VCE下，需要更高的輸入電壓來驅(qū)動(dòng)更多的集電極電流。低環(huán)境溫度需要更高的輸入電壓，因?yàn)閂BE增加，hFE會(huì)降低。因此需要在低溫下打開RET開關(guān)，這是應(yīng)用的關(guān)鍵操作條件，并且需要足夠的輸入電壓才能正確打開器件。

在關(guān)斷狀態(tài)下，高溫條件非常關(guān)鍵。因此，驅(qū)動(dòng)電路必須設(shè)計(jì)為在最高應(yīng)用溫度下輸出電壓遠(yuǎn)低于VI（off）典型值。RET是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的器件，非常適合開關(guān)應(yīng)用。盡管如此，設(shè)計(jì)人員必須了解影響其運(yùn)行的參數(shù)，包括開關(guān)電壓和電流，以及其受溫度影響的情況。本篇博客文章提供了一些設(shè)計(jì)技巧，目的是確保Nexperia的RET在目標(biāo)應(yīng)用中安全可靠地運(yùn)行。

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