數(shù)字晶體管(Digital Transistor)是自帶偏壓電阻的晶體管(Bias Resistor Transistor),有時(shí)也稱數(shù)字三極管。與普通雙極晶體管的輸入-輸出的指數(shù)式函數(shù)變化相比,數(shù)字晶體管的輸入-輸出呈線性關(guān)系,而且工作狀況穩(wěn)定。
普通雙極晶體管及增加電阻后的結(jié)構(gòu)圖
結(jié)構(gòu)上,數(shù)字晶體管有的在基極上串聯(lián)一只電阻R1,有的在基極與發(fā)射極之間并聯(lián)了一只電阻R2,大多數(shù)同時(shí)連接了R1和R2。隨著電阻R1、R2的組合搭配的變化,數(shù)字晶體管的型號(hào)遠(yuǎn)比普通晶體管豐富多彩。
電阻R1的作用
數(shù)字晶體管中,內(nèi)置的R1電阻用來(lái)將輸入電壓轉(zhuǎn)換成電流,使晶體管的工作狀況穩(wěn)定。
一般情況下,將來(lái)自IC芯片等半導(dǎo)體器件的輸出電壓直接加載到雙極晶體管的輸入(基極)端,利用電壓控制模式使晶體管工作,這樣的工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的。如果在IC與基極引腳間接入電阻(輸入電阻),通過(guò)電流控制模式使晶體管工作,這樣就可以使它的工作狀態(tài)穩(wěn)定。因?yàn)?,輸出電流?duì)輸入電壓呈指數(shù)函數(shù)變化,但對(duì)輸入電流呈線性變化。
一般晶體管之所以不穩(wěn)定,這可以通過(guò)對(duì)比數(shù)字晶體管的輸入- 輸出特性看出。用右邊的電流控制,輸出對(duì)輸入呈線性變化;用左邊的電壓控制,輸出對(duì)輸入就呈指數(shù)函數(shù)變化。就是說(shuō),用電壓控制時(shí)輸入的極小變化就會(huì)引起輸出電流大的變化,工作狀態(tài)不穩(wěn)定。
數(shù)字晶體管的輸入- 輸出特性曲線圖
例如右邊的特性曲線,當(dāng)輸入電流從40μA增加到2倍的80μA時(shí),輸出電流從9mA變成2倍的18mA,這是一個(gè)線性的關(guān)系;再看看左邊的特性曲線,輸入電壓從0.7V僅僅升高了14%到達(dá)0.8V的時(shí)候,輸出電流就從10mA變成70mA,增加幅度高達(dá)7倍。
也就是說(shuō),在實(shí)際應(yīng)用中,如果輸入電壓中出現(xiàn)輕微的噪聲時(shí),輸出電流就會(huì)出現(xiàn)大幅度變化,造成器件的應(yīng)用范圍大大受限,或者需要采取其他外部元件進(jìn)行補(bǔ)償。
由此可見(jiàn),采用電流控制模式的雙極晶體管(即數(shù)字晶體管)是穩(wěn)定的,這就需要將IC的輸出電壓轉(zhuǎn)換成基極電流,所以就需要有輸入電阻R1。由于內(nèi)置有這個(gè)輸入電阻R1,數(shù)字晶體管有利于削減電子元器件數(shù),可顯著安裝空間,而且性能穩(wěn)定。
電阻R2的作用
數(shù)字晶體管有兩個(gè)電阻,除了用以穩(wěn)定工作狀態(tài)的R1,電阻R2用來(lái)吸收、降低從輸入端進(jìn)來(lái)的漏電流和噪聲等,可以防止晶體管誤動(dòng)作。
應(yīng)用中,如果輸入電流很小,就直接進(jìn)入地線,晶體管不導(dǎo)通,不會(huì)產(chǎn)生漏電流等引起的誤動(dòng)作。但是,如果輸入電流大,部分輸入電流開始進(jìn)入晶體管的基極,晶體管開始導(dǎo)通,并處于通常的導(dǎo)通狀態(tài)。
可見(jiàn),數(shù)字晶體管是一種穩(wěn)定性好,性能優(yōu)越的新型晶體管品類,可為應(yīng)用系統(tǒng)帶來(lái)整體性能提升、空間縮小、成本節(jié)約三重優(yōu)勢(shì)。
從廠商提供的數(shù)據(jù)表看出,數(shù)字晶體管的參數(shù)簡(jiǎn)單明了。一般晶體管的直流增益(hFE)只提供最小值,有的也標(biāo)稱了最大值,具體數(shù)字需要用戶參考輸出曲線。而數(shù)字晶體管的hFE是線性的,數(shù)據(jù)表不但提供典型值,還有最大值和最小值,使用非常方便。
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