数字晶体管RET开关特性

发布时间:2023-09-21

可通过基极电流开启或关闭双极结型晶体管(bjt)。由于基极-发射极二极管两端的压降在很大程度上取决于温度,因而在许多应用中,需要一个串联电阻将基极电流保持在所需水平,从而确保bjt稳定安全地工作。
为了减少元器件数量、简化电路板设计,配电阻晶体管将一个或两个双极性晶体管与偏置电阻组合在一起,集成在同一个晶片上。替代方案包括在基极-发射极路径上并联第二个集成电阻,以创建用于设置基极电压的分压器。这可以提供更精细的微调和更好的关断特性。由于这些内部电阻的容差高于外部电阻,因而 ret 适合晶体管在打开或关断状态下工作的开关应用。所以ret 有时被称为数字晶体管。
数字晶体管ret开关特性
△ 配电阻晶体管(ret)
电压和电流(vi)参数
ic/iin 是指ret的电流增益 hfe,其中的iin包括基极电流和流经 r2 的电流(ir2 = vbe/r2)。因此,hfe 比 ret 小,后者只有一个串联基极电阻r1。因为输入电流从基极分流,所以 r2 值越低,hfe 值就越小。从表1可看出这一点。vcesat 是 ret 开关处于导通状态时集电极-发射极的残余电压。
测量 hfe 的测试条件是施加 0.5 ma 的基极电流和 10 ma 的集电极电流。vi(off)是 ret 器件关闭时的输入电压。在这种情况下,集电极泄漏电流为 100µa,集电极-发射极电压(vce)为 5 v。表中提供的 v(ioff)max 较低值是 ret 驱动级的最大允许输出电平。该条件必须要满足,以确保 ret 在关断状态下可以安全运行。当测试处于导通状态的 ret 时,vi(on)min 是最关键的参数。用于驱动 ret 的电路必须能够提供该电压电平,以确保安全开启。导通状态是指集电极-发射极电压为 0.3 v 时,集电极电流为 10 ma 的状态。ret 数据手册中规定的 vi 额定值仅针对这些测试条件有效。ret 需通过更大的基极驱动电压 vi(on)来获得更大的开关电流。图2 显示了 ret 晶体管的电压-电流(vi)开关特性。
▶vi < vi(off)max:所有ret器件均保证处于关断状态
▶vi < vi(off)typ:典型ret处于关断状态
▶ vi < vi(off)typ:典型ret处于导通状态
▶ vi > vi(on)min:所有ret器件均保证处于导通状态
数字晶体管ret开关特性
表 1 显示了导通和关断状态的输入电压对 nexperia nhdtc 系列 ret 中的电阻分压器配置的依赖性。在 vi(off)条件下,会有一个微小的基极电流流过晶体管(约0.3 µa)。关闭 ret 所需的电压典型值与电阻比 r1/r2 有关。当晶体管关闭时,可以通过 r2 或基极-发射极二极管两端的压降目标来计算此值。对于 nhdtc 系列,该电压大约为 580 mv。因此,电阻比为 1 时的 vi(off) 值具有相同的电压(表1中的第1-3行)。由于上述原因,当 r2 为 47 kω,且 r1 值为 2.2 kω、4.7 kω 或 10 kω时,关断状态的典型电压值均会较低。vi(off) max 需为偶数值,以确保器件在图 2 中最左侧的深绿色阴影区域内运行。
数字晶体管ret开关特性
nexperia的ret产品组合
正确选择电阻分压器至关重要,以确保 ret 的控制电压范围与驱动级相匹配。所需的集电极或负载电流会影响为导通状态提供的基极电流。可使用较低的 r1 和/或 流经 r2 的较小旁路电流来设置较高的集电极电流。
除了通用系列,nexperia(安世半导体)还提供具有增强功能的 ret 器件,例如,nhdta/nhdtc 系列 ret(见表1)的 vceo 为 80 v。这一特性使得这些器件非常适合 48 v 汽车应用。pdtb 和 pbrn 系列 ret 支持 500/600 ma 的集电极电流,并可用于开关功率继电器和功率 led。
有关温度的注意事项
在实际应用中,需密切关注vi参数的温度漂移。bjt 的 vbe 随温度升高而降低,其中系数约为 -1.7mv/k 至 -2.1mv/k。如图 3 所示,对于独立的 bjt,hfe 也会每开尔文增加约 1%。
数字晶体管ret开关特性
△典型直流电流增益与集电极电流呈函数关系
vi(on) 为 ic 的函数,因此在相同的 vce 下,需要更高的输入电压来驱动更多的集电极电流。低环境温度需要更高的输入电压,因为 vbe 增加,hfe 会降低。因此需要在低温下打开 ret 开关,这是应用的关键操作条件,并且需要足够的输入电压才能正确打开器件(图4)。
数字晶体管ret开关特性
△典型导通状态输入电压与集电极电流呈函数关系
在关断状态下,高温条件非常关键。因此,驱动电路必须设计为在最高应用温度下输出电压远低于 vi(off) 典型值(图5)。
数字晶体管ret开关特性
典型导通状态输入电压与集电极电流呈函数关系
简单,但安全可靠
ret 是一种相对简单的器件,非常适合开关应用。尽管如此,设计人员必须了解影响其运行的参数,包括开关电压和电流,以及其受温度影响的情况。本篇博客文章提供了一些设计技巧,目的是确保 nexperia(安世半导体)的 ret 在目标应用中安全可靠地运行。
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