數字晶體管(Digital Transistor)是自帶偏壓電阻的晶體管(Bias Resistor Transistor),有時也稱數字三極管。與普通雙極晶體管的輸入-輸出的指數式函數變化相比,數字晶體管的輸入-輸出呈線性關系,而且工作狀況穩定。
普通雙極晶體管及增加電阻后的結構圖
結構上,數字晶體管有的在基極上串聯一只電阻R1,有的在基極與發射極之間并聯了一只電阻R2,大多數同時連接了R1和R2。隨著電阻R1、R2的組合搭配的變化,數字晶體管的型號遠比普通晶體管豐富多彩。
電阻R1的作用
數字晶體管中,內置的R1電阻用來將輸入電壓轉換成電流,使晶體管的工作狀況穩定。
一般情況下,將來自IC芯片等半導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,這樣的工作狀態是不穩定的。如果在IC與基極引腳間接入電阻(輸入電阻),通過電流控制模式使晶體管工作,這樣就可以使它的工作狀態穩定。因為,輸出電流對輸入電壓呈指數函數變化,但對輸入電流呈線性變化。
一般晶體管之所以不穩定,這可以通過對比數字晶體管的輸入- 輸出特性看出。用右邊的電流控制,輸出對輸入呈線性變化;用左邊的電壓控制,輸出對輸入就呈指數函數變化。就是說,用電壓控制時輸入的極小變化就會引起輸出電流大的變化,工作狀態不穩定。
數字晶體管的輸入- 輸出特性曲線圖
例如右邊的特性曲線,當輸入電流從40μA增加到2倍的80μA時,輸出電流從9mA變成2倍的18mA,這是一個線性的關系;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0.8V的時候,輸出電流就從10mA變成70mA,增加幅度高達7倍。
也就是說,在實際應用中,如果輸入電壓中出現輕微的噪聲時,輸出電流就會出現大幅度變化,造成器件的應用范圍大大受限,或者需要采取其他外部元件進行補償。
由此可見,采用電流控制模式的雙極晶體管(即數字晶體管)是穩定的,這就需要將IC的輸出電壓轉換成基極電流,所以就需要有輸入電阻R1。由于內置有這個輸入電阻R1,數字晶體管有利于削減電子元器件數,可顯著安裝空間,而且性能穩定。
電阻R2的作用
數字晶體管有兩個電阻,除了用以穩定工作狀態的R1,電阻R2用來吸收、降低從輸入端進來的漏電流和噪聲等,可以防止晶體管誤動作。
應用中,如果輸入電流很小,就直接進入地線,晶體管不導通,不會產生漏電流等引起的誤動作。但是,如果輸入電流大,部分輸入電流開始進入晶體管的基極,晶體管開始導通,并處于通常的導通狀態。
可見,數字晶體管是一種穩定性好,性能優越的新型晶體管品類,可為應用系統帶來整體性能提升、空間縮小、成本節約三重優勢。
從廠商提供的數據表看出,數字晶體管的參數簡單明了。一般晶體管的直流增益(hFE)只提供最小值,有的也標稱了最大值,具體數字需要用戶參考輸出曲線。而數字晶體管的hFE是線性的,數據表不但提供典型值,還有最大值和最小值,使用非常方便。
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