ROHM三极管知识

ROHM 晶体管 第 1 页 共 37 页 ROHM 晶体管 晶体管 关于晶体管 ON 时的逆向电流 在 NPN 晶体管中，基极(B)被偏置为正，集电极(C)被偏置为负，由发射极 (E)流向 C 的是逆电流。 1. 不用担心劣化和损坏，在使用上是没有问题的。 2. NPN-Tr 的 B 和 C对称、和 E极同样是 N型。 也就是说，逆接 C、E也同样有晶体管的功效。 即电流由 E→C流 动。 ROHM 晶体管 第 2 页 共 37 页 3. 逆向晶体管有如下特点。 • hFE低。(顺向 10%以下) •耐压低。(7 to 8Ｖ 与 VEBO一样低)←通用 TR的情况，除此之外，还有 5V以下)(突破此耐压范围，会发生 hFE低下 等特性的劣化，请注意。) • VCE(sat)及 VBE(ON)的特性没有太大的变化。 返回页首 关于封装功率容许功耗 定义：是指由于输入晶体管的电压、电流产生的功耗在元件发热时，结温 Tj为绝对最大额定值限定的温度(TJ＝ 150℃)时的功率。 这里，Pc、Ta、△Tx、Px 可以由各自测定时的设定值或测定结果直接得出，但是只有 Tj不能直接得出。因此，如 下列出使用 VBE的测试方法。 VBE测定法 硅晶体管的情况下 基极-发射极间电压：VBE 根据温度变化。 ROHM 晶体管 第 3 页 共 37 页 由此，通过测定 VBE，可以推测结温。 通过图 1的测定电路，对晶体管输入封装功率：Pc(max)。 (假设 1W 晶体管的情况下，输入条件为 VCB＝10VIE＝100mA。) 如图 2: •测定 VBE 的初始值 VBE1 • 对晶体管输入功率，使 PN结热饱和。 • VBE的后续值：测定 VBE2。 从这个结果得出△VBE＝VBE2－VBE1。 这里，硅晶体管根据温度具有一定的温度系数。约为ー2.2mV/ºC。(达林顿晶体管为ー4.4mV/ºC)因此，根据由输入 功率得出△ＶＢＥ，可以由以下算式得出上升的结温。 ROHM 晶体管 第 4 页 共 37 页 返回页首 fT：增益带宽积、截止频率 fT：增益带宽积指晶体管能够动作的极限频率。所谓极限，即基极电流对集电极电流的比为 1(即 hFE=1)的情况。 ROHM 晶体管 第 5 页 共 37 页 提高基极输入频率，hFE 变低。 这时，hFE为 1 时的频率叫做 fT(增益带宽积)。fT指在该频率下能够 工作的极限值。但是，实际使用时能够动作的只有 fT值的 1/5 to 1/10 左右。 测定条件如下 f：根据测定装置而定。为测定的标准频率。 VCE：任意设定。我公司为一般值。 Ic：任意设定。我公司为一般值。 返回页首 关于 DTDS14GP ROHM 晶体管 第 6 页 共 37 页 对回扫电路输入电压时，C(集电极)也会被输入电压。这时，如果输入超过 C-B 之间的 Vz的电压，则通过齐纳二极管 Tr 启动。- 因此，回扫电路的能量由 DTDS14GP 吸收。 - 这时齐纳二极管的 Iz流入晶体管的 1/hFE的电流。即 DTDS14GP=1000。这时， Ic(回扫)电流为 1A时 Iz=1A/1000=1mA。 晶体管 关于晶体管 ON时的逆向电流 关于封装功率容许功耗 fT: 增益带宽积、截止频率 于 DTDS14GP 数字晶体管 Io 和 Ic 的区别 GI和 hFE的区别 关于 VI(ON)と VI(off)的区别 于数字晶体管的温度特性 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) 关于数字晶体管的开关动作 MOSFET 应用 关于 MOSFET 的寄生容量和温度特性 关于 MOSFET 的开关及其温度特性 关于 MOSFET 的 VGS(th)(界限値) 数字晶体管 Io 和 Ic 的区别 ROHM 晶体管 第 7 页 共 37 页 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 系列的情况 • 构成数字晶体管的晶体管能够流入 100mA。 • 将其定义为 Ic=100mA。 • 这个晶体管内置电阻 R1、R2 成为数字晶体管。 • 当向这个数字晶体管输入 Ic=100mA 时，要求基极电流 IB是与之相称的值，因此需要 较高的输入电压 Vin。 • 但是另一方面根据绝对最大额定值，输入电阻 R1的功率容许值(封装功率)被定义为 输入电压 Vin(max)。 • 因此，当输入 Ic=100mA 时，超过了这个额定值，因此定为不超过 Vin(max)的、能够 输入数字晶体管的电流值 Io。 • 如您所知，绝对最大额定值的定义是“不能同时供应 2个项目以上”，因此，仅标记 Ic是没有问题的，但是结合客户的实际使用状态，一并记入 Io。 • 根据以上，在商讨电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时，这个 Io为绝对最大额定值。 返回页首 GI和 hFE的区别 ROHM 晶体管 第 8 页 共 37 页 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 均 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示发射极接地直流电流增幅率 • 数字晶体管是由普通的晶体管连接 2个电阻器构成的。 • 这里的直流电流增幅率是输出电流/输入电流，因此不会因输入电阻 R1而发生增幅率 下降。 • 因此，输入电阻 R1型的增幅率表示为 hFE，与晶体管的 hFE相等。 • 但是，E-B 之间连接电阻 R2时，输入电流分流为输入晶体管的电流和输入 E-B 间电 阻 R2的电流。因此，增幅率比单一电流时低，将该值称为 GI加以区分。 返回页首 关于 VI(ON)と VI(off)的区别 I(ON) 、 I(off)容易被混淆。 (错误观点) : 由 O开始依次加入输入电压。 : 达到 1.8V 时，数字晶体管启动。 : 因在规格 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 规定的 3V(min)以下，故判断为不合格。 ROHM 晶体管 第 9 页 共 37 页 Actual operation : : 首先为了启动数字晶体管，加入足够的输入电压 Vin(如 10V) : 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。 : 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。 返回页首 于数字晶体管的温度特性 根据环境温度，VB、hFE、R1、R2 变化。 • hFE的温度变化率约为 0.5％ / ℃ • VB的温度系数约为－2mV/℃(－1.8 to ー2.4mV/℃的范围有偏差) • R1 的温度变化率，如下图表。 ROHM 晶体管 第 10 页 共 37 页 返回页首 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，通过以下方法进行测试。. 因此，在 Io(低电流领域)，在晶体管的基极不能通过电流。 据此，在低电流领域输出电压(Vo)[VCE(sat)]上升。 • 测定方法 DTC114EKA 的情况 以 Io/Ii＝20/1 测试 Ii＝IB＋IR2(IR2＝VBE/10k=0.65V/10k=65μA) IB＝Ii－IR2＝Ii－65μA 即 Ii 在 65μA以下时，IB不能通过电流，Vo[VCE(sat)]上升。 ROHM 晶体管 第 11 页 共 37 页 据此，在低电流领域不能测定 Vo。 返回页首 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)领域注入正空穴。 如 果在基极(B)领域注入正电子，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。 ROHM 晶体管 第 12 页 共 37 页 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 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。 这种饱和领域是正空穴被过多地注入的状态，从这种状态到截止领域(切断输 入脉冲)，被过多地注入的正空穴可以从基极领域流向基极端子。直到基极领 域内没有正空穴为止，持续输入集电极电流。这一时间叫做 tstg(off 时间)。 因此，若快速释放基极领域内的正空穴，off 时间则变短。数字晶体管的情况 下，晶体管 off 时，基极领域内的正空穴的出口是 R1和 R2 并行连接的部分。 因此，R1=一定值的情况下，R2越小则 off 时间越短。 MOSFET 应用 关于 MOSFET 的寄生容量和温度特性 MOSFET 的静电容量 ROHM 晶体管 第 13 页 共 37 页 功率 MOSFET 在构造上，如图 1存在寄生容量 MOSFET 的 G(栅极)端子和其他的电极间由氧化膜绝缘，DS(漏极、源极)间形成 PN接合，成为内置二极管构造。Cgs,Cgd容量根据氧化膜的静电容量、Cds根据内 置二极管的接合容量决定。 一般而言 MOSFET 规格书上记载的是表 1中的 Ciss/Coss/Crss三类。 ROHM 晶体管 第 14 页 共 37 页 容量特性如图 2所示，对 DS(漏极、源极)间电压 VDS存在依赖性。 VDS大则容量值小。 返回页首 温度特性 实测例见图(1) to (3)所示 关于容量特性的温度依存性几乎没有差异。 ROHM 晶体管 第 15 页 共 37 页 返回页首 关于 MOSFET 的开关及其温度特性 关于 MOSFET 的开关时间 栅极电压 ON/OFF 之后，MOSFET 才 ON/OFF。这个延迟时间为开关时间。开关时间如表 1所示种类，一般而言，规格 书上记载 td(ON)/tr/td(off)/tf。ROHM 根据图 2电路的测定值决定规格书的 typ.值。 ROHM 晶体管 第 16 页 共 37 页 返回页首 温度特性 实测例如图 3(1) to (4)所示。 温度上升的同时开关时间略微增加，但是 100℃上升时增加 10%成左右，几乎没有 开关特性的温度依存性。 ROHM 晶体管 第 17 页 共 37 页 ROHM 晶体管 第 18 页 共 37 页 关于 MOSFET 的 VGS(th)(界限値) 关于 MOSFET 的 VGS(th) MOSFET 开启时，GS（栅极、源极）间需要的电压称为 VGS(th)（界限值)。 即输入界限值以上的电压时 MOSFET 为开启状态。 那么 MOSFET 在开启状态时能通过多少 A电流？针对每个元件，在规格书的电气特性栏里分别有记载。 表 1为规格书的电气特性栏示例。该情况下，输入 VDS=10V 时，使 1mA 电流通过 ID所需的栅极界限值电压 ID(th)为 1.0V to 2.5V。 表 1：规格书的电气特性栏 ROHM 晶体管 第 19 页 共 37 页 返回页首 ID-VGS特性和温度特性 ID-VGS特性和界限值温度特性的实测例如图 1、2所示。 如图 1，为了通过绝大部分电流，需要比较大的栅极电压。 ROHM 晶体管 第 20 页 共 37 页 表 1所记载的机型，其规格书上的界限值为 2.5V 以下，但是为 4V驱动产品。 使用时请输入使其充分开启的栅极电压。 如图 2，界限值随温度而下降。 通过观察界限值电压变化，能够计算元件的通道温度。 FAQ 使用时只是瞬间超过绝对最大额定值可以吗？ ROHM 晶体管 第 21 页 共 37 页 基极电流的最大额定值是多少？ 集电极-发射极间可以加上与耐压反向的电压吗？ hFE 的实际值有多大的偏差？ 请说明数字晶体管的基本概念。 进入数字晶体管内置晶体管的基极电流怎样计算？ 数字晶体管导通所需的输入电压（激励电压）怎样计算？ "说要用“1.5V 激励”，换成现存的产品（1.8V 激励产品和 2.5V 激励产品）可以吗？ 瞬间有超过额定值 ID 的电流通过，如何判断能否使用呢？ 无卤素产品适用吗？ 环境温度变化时必须注意哪些问题？ 双极晶体管/数字晶体管 使用时只是瞬间超过绝对最大额定值可以吗？ 使用时即使是瞬间超过绝对最大额定值也不行，那样有可能出现击穿而损坏晶体管，或者造成 hFE 下降等性能退化。单发脉冲情况下 可使用的范围要确认安全工作区（SOA）。连续脉冲情况下，需要进行功率计算和元件温度计算。具体的判断步骤请参考｢判断能否使 用的方法｣、｢元件温度计算方法｣。 (另外，请同时参考与“降低额定值”相关的内容。） 基极电流的最大额定值是多少？ 基极电流的最大额定值是集电极电流最大额定值的 1/3（达林顿连接晶体管是 1/10）。 以 2SD2656 为例 因为集电极电流的最大额定值在 DC 情况下是 1A，在脉冲情况下是 2A，所以基极电流的最大额定值就是 DC 情况下为 333mA，脉冲 ROHM 晶体管 第 22 页 共 37 页 情况下为 666mA。 对于数字晶体管，如果遵照规格说明书上记载的 Vin 的额定值，那就以输入电流保持在额定值内为前提来设定 Vin 的额定值。 集电极-发射极间可以加上与耐压反向的电压吗？ 对于 NPN 晶体管，发射极接地，给集电极加上正电压时的耐压是规格说明书上记载的 VCEO。 （对于 PNP 晶体管，集电极接地，给发射极加上正电压时的耐压是 VCEO。） 与此相反，（NPN 晶体管集电极接地，给发射极加上正电压时）的耐压与发射极-基极间的耐压大致相等。发射极-基极间的耐压通常为 5-7V 左右，所以建议使用时要使集电极-发射极间的反向电压保持在 5V 以下（如果给集电极-发射极间加上接近反向耐压值的电压， 就有可能发生 hFE 下降等性能退化的情况）。集电极-发射极间的反向电压如果在 5V 以下，就只有漏电流大小的电流通过。 数字晶体管也如上所述，集电极-发射极间（OUT-GND 间）的反方向可外加 5V 以下的 电压。 ROHM 晶体管 第 23 页 共 37 页 返回页首 hFE 的实际值有多大的偏差？ hFE 值的范围本公司的规格说明书上有记载，有标明了上限和下限的，也有只标明了下限的。对于上限和下限都标明了的，它的实际 值就是上下限之间整个范围的值；对于只标明了下限的，其 hFE 值的范围多数都等于下限值的数倍。详细情况请向“本公司营业部门” 咨询。 返回页首 请说明数字晶体管的基本概念。 数字晶体管是双极晶体管内增添了电阻器的一种晶体管。 ROHM 晶体管 第 24 页 共 37 页 普通的双极晶体管 增添电阻 R1（输入电阻） 增添电阻 R2（EB 间电阻） ■关于电阻 R1 ・电阻 R1 的作用是将输入电压转换成电流，使晶体管的工作状况稳定。 如果将 IC 等的电压输出直接加到双极晶体管的输入（基极）端，利用电压控制使晶 体管工作，它的工作状态是不稳定的。 IC 与基极引脚间接入电阻（输入电阻）用电流控制使晶体管工作，就可以使它的工作 状态稳定。 （这是因为输出电流对输入电压呈指数函数变化，但对输入电流呈线性变化。） 数字晶体管中内置的 R1 就是这种输入电阻。 ROHM 晶体管 第 25 页 共 37 页 比较一下输入是电压和输入是电流的晶体管工作状态 电压控制 基极-发射极间电压：VEB 电流控制 基极电流：IB ROHM 晶体管 第 26 页 共 37 页 测试电路图 理论表达式 输入- 输出特性 看一看输入- 输出特性便可知：用右边的电流控制，输出对输入呈线性变化；用左边 的电压控制，输出对输入就呈指数函数变化。就是说，用电压控制时输入的极小变化 就会引起输出电流大的变化，工作状态不稳定。 例如右边的特性曲线，输入电流从 40μA 改变为 2 倍的 80μA 时输出电流从 9mA 变成 2 倍的 18mA；而左边的特性曲线，输入电压从 0.7V 仅仅升高了 14％到 0.8V，输出 ROHM 晶体管 第 27 页 共 37 页 电流就从 10mA 变成 7 倍那么高的 70mA。 因此，只要有轻微的噪声进入输入电压就会引起输出电流大幅度变化，也就不适合实 际使用。 就这样，由于双极晶体管采用电流控制是稳定的，所以就要将 IC 的输出电压转换成 基极电流，为此也就需要有输入电阻 R1。因为数字晶体管内置有这个输入电阻 R1， 所以有利于削减元器件数和安装空间。 返回页首 ■关于电阻 R2 ・电阻 R2 的作用是吸收漏电流，防止误动作。 电阻 R2 的作用是降低从输入端进来的漏电流和噪声等，防止晶体管误动作。 ROHM 晶体管 第 28 页 共 37 页 如果输入电流很小，它就完全进入地线。但是，如果输入电流大，部分输入电流开始 进入晶体管的基极，晶体管导通。 如果输入电流小，它就完全进入地线，晶 体管不导通。 （没有漏电流等引起的误动作） 如果输入电流大，部分输入电流就进入基 极，晶体管开始导通。（处于通常的导通状 态） ROHM 晶体管 第 29 页 共 37 页 VR2=VBE>(EB 间的正向电压≒0.7V) 的情 况 VR2=VBE>(EB 间的正向电压≒0.7V) 的情 况 *具体计算方法请参考｢使数字晶体管导通的输入电压（激励电压）计算方法｣。 返回页首 进入数字晶体管内置晶体管的基极电流怎样计算？ 以 DTC114EKA 为例做如下说明。 ROHM 晶体管 第 30 页 共 37 页 数字晶体管工作时，为使内置晶体管的发射极-基极间（EB 间）的正方向有基极电流通过，EB 间需要加正向电压（25 ℃下约为 0.7V）。由于数字晶体管内置晶体管的 EB 间与电 阻 R2 并联，所以 R2 也同样外加了 0.7V 电压。从而可知， R2 上有 IR2= 0.7V/10KΩ=70μA 的电流通过。 当输入电压 Vin 为 5V 时，IN 引脚的电位就是 5V，因为内 置晶体管的 EB 间电位差是 0.7V，所以电阻 R1 两端的电压 是 5V-0.7V = 4.3V 。 从而可知，R1 上有 IR1= 4.3V/10KΩ = 430uA 的电流通过。 ROHM 晶体管 第 31 页 共 37 页 从而可知，内置晶体管的基极有 430μA-70μA= 360μA 的电流 通过。 这样计算就可以计算出流过内置晶体管的基极电流。要使数 字晶体管充分导通（ = 降低输出电压 Vo（on）) 就要调整 输出电流 Io 和输入电压 Vin，以使输出电流 Io 达到进入内 置晶体管的基极电流的10～20倍以下。如果输入电压Vin 不 够高，输出电流不够大，就要使用输入电阻 R1 小那种型号 的数字晶体管。 温度为 25℃时，发射极－基极间正向电压约为 0.7V。温度变化时，温度每上升 1℃该正向电压便减小约 2.2mV。例如，50℃时约为 0.7V- (50℃-25℃)×2.2mV= 0.645V。反之，温度降低到-40℃时约为 0.7+ (25℃- (-40℃))×2.2mV= 0.843V。 请注意，就是这样，正向电压 VF也受温度影响而变化。而且，25℃时的正向电压无论如何也就大致为 0.7V，有±0.1 上下的偏差。 对于数字晶体管，内置电阻 R1、R2 有±30％上下的偏差，所以要考虑并计算电阻值为最不利的情况。 由于正向电压和电阻值都有偏差，所以可以认为上述计算方法得到的结果无论如何也就是大致的基准值。 ROHM 晶体管 第 32 页 共 37 页 返回页首 为使数字晶体管导通所需的输入电压（激励电压）怎样计算？ 以 DTC114EKA 为例做如下说明。 数字晶体管工作时 BE 间有正向电流通过，所以(BE 间 电压）= （BE 间正向电压：约 0.7V）= （加在 R2 两 端的电压）成立。 数字晶体管工作时，内置晶体管的发射极-基极间（EB 间）的正方向有基极电流通过，所以 EB 间加有正向电 压（25℃下约为 0.7V）。由于数字晶体管中内置晶体管的 EB 间与电阻 R2 并联，所以 R2 上也同样外加有 0.7V 电 压。从而可知，R2 上有 IR2=0.7V/10KΩ=70μA 的电流通 过。 通过 R2 的 70μA 电流也通过 R1。从而可知，R1 的两端 有 70μA×10KΩ= 0.7V 的电压。 显然，此 R1 上的 0.7V 加上内置晶体管 EB 间的 0.7V， 就是为使数字晶体管导通所需的合计 1.4V 的输入电压。 ROHM 晶体管 第 33 页 共 37 页 根据以上所述，如果把使数字晶体管导通的电压 Vi ( on )当做一般性参数，正向电压为 Vf，就有 Vi ( on ) = ( Vf/R1)×R2+Vf。 由此结果可知，数字晶体管的导通电压由 R1 与 R2 的比来决定。 例如，ROHM 的数字晶体管 DTC114EKA 就是型号中的字母‘ E ’（3 位数字后的罗马字母），根据 R1 和这个 3 位数字后的罗马字母就 知道导通电压。如果 25℃下 Vf = 0.7V ，则如下图所示。 ROHM 晶体管 第 34 页 共 37 页 根据上面讨论的结果，以 DTC143XKA 为例，它的激励电压就约为 1.05V；以 DTC114YKA 为例，它的激励电压就约为 0.84V。 * 实际上，要考虑到激励电压受电阻值比和 Vf 的偏差影响而有 20～30％左右的偏差之外，还有温度变化造成的变动，所以无论如何 它也就是一个大致的基准值。在做实际使用设计时要留有足够的余量。 (正确计算得到的结果大致上是：25℃下输出电流为 100μA 上下时 Vf = 0.5～0.6V 上下；输出电流为 1mA 上下时 Vf = 0.6～0.7V 上下）。 ROHM 晶体管 第 35 页 共 37 页 * 以上所述虽然是以 DTC 型（NPN 型）为例，但由于 DTA 型等 PNP 型的 Vf 值几乎相等，所以对于 PNP 型上述结果也成立。 返回页首 MOSFET 说要用“1.5V 激励”，换成现存的产品（1.8V 激励产品和 2.5V 激励产品）可以吗？ 1.5V 激励的意思是栅极ー源极間電圧最低到 1.5V 还可以激励的意思，所以换成 1.8V、2.5V 激励是可以的。但是，在栅极ー源极间所 加电压为最大额定值±10V 以上时，请使用 4V 激励产品。 返回页首 瞬间有超过额定值 ID 的电流通过，如何判断能否使用呢？ 每种产品都有 SOA（Safe Operating Area)，如果在此区域内那肯定能用。 例如：VDS=20V、Idpeak=2A、Pw=100μs 时 ⇒ Pw=100μs 的区域内，可以使用。 ROHM 晶体管 第 36 页 共 37 页 返回页首 无卤素产品适用吗？ 小信号封装产品可以适用。(请通过其他途径询问)。 环境温度变化时必须注意哪些问题？ ROHM 晶体管 第 37 页 共 37 页 容许损耗（Pc)需要降低（降低额定值），以便与环境温度（Ta）相适应。请根据下面的特性曲线使晶体管的消耗功率降低到与环境温 度相适应的程度。 也有必要降低安全工作区（SOA)的额定值，具体情况请参考「为了放心使用 ROHM 的晶体管-TR 能否使用的判断方法」。 而且，电特性（ 以双极晶体管/数字晶体管的输入电压(VBE， VI(on)， VI(off) )和 hFE， GI 为例）受温度影响会有变化。所以，设计时 要参考电特性曲线，以保证温度变化时也能正常工作。MOSFET 也要这样考虑。