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初級模擬電路:3-8 BJT資料規格書(直流部分)

2020-09-13 20:13:36 作業系統

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      本小節我們以2N4123通用型BJT硅基晶體管為例,來介紹如何閱讀BJT的資料規格書,點此鏈接可以閱讀和下載2N4123的資料規格書,

 

 

1. 總體性能

      打開datasheet后,首先看標題:

圖3-8.01 

      可以看到,這是2N4123、2N4124共用的一個datasheet,而且是通用型NPN硅基三極管,然后在在第一頁的右側,廠家給出了管腳識別方法和管體上的文字標記含義:

圖3-8.02 

      在第一頁的主體篇幅,資料規格書列出了這個BJT晶體管的所有極限性能,好讓使用者先對這個器件有一個總體的印象,下面我們一條條來看:

圖3-8.03 

      • VCEO:基極開路情況下,CE間的擊穿電壓,在這一欄中,Value一列有兩行,上行30V為2N4123的引數;下行25V為2N4124的引數,后面我們都僅以2N4123的引數為例,不再分2種型號分開羅列描述,(VCEO的電路連接與概念可參看前文的圖3-5.06)

      • VCBO:發射極開路情況下,CB間的集電結結的反向擊穿電壓,為40V,(VCBO電路連接和概念可參看前文的圖3-3.07和圖3-3.10,)

      • VEBO:集電極開路情況下,BE間發射結的反偏擊穿電壓,為5V,

      • IC-continuous:可承受的最大連續集電極電流,為200mA,

      • PD(@TA=25℃):環境溫度為25℃時的最大耗損功率(TA中A的意思是“Ambient”),典型值為625mW、衰減系數為5mW/℃,這2個是比較重要的引數,請參看下面的詳細說明,

      • PD(@TC=25℃):管體表面溫度為25℃時的最大耗損功率(TC中C的意思是“Surface”),典型值為1.5W,比上面環境溫度為25℃時的PD值大了近3倍,這個也很好理解,一般來說溫度越高,晶體管的性能越差,在晶體管電流較大時,管體表面溫度有可能遠高于環境溫度(摸上去都可能燙手),所以限制了最大耗損功率的大小,只有在管體表面加裝了面積很大且接觸良好的散熱片時,才能認為管體表面溫度近似等于環境溫度,而使用這個1.5W的標稱值,

      • TJ, Tstg:作業溫度范圍與倉儲溫度范圍,典型值為-55℃~+150℃,

      • RθJA:內部PN結到環境之間的熱阻,為200℃/W,關于熱阻、溫度、功率之間的如何計算,前面的“1-6二極管資料規格書”小節已經介紹過了,這里就不再贅述了,回看可點擊這里,

      • RθJC:內部PN結到管體表面之間的熱阻,為83.3℃/W,

 

● 關于最大耗損功率的說明:

      由于BJT的CE極間有壓降VCE、有電流IC,所以三極管本身也是要消耗功率的,而且還不小,根據“功率=電壓*電流”的公式,三極管的主要功耗產生在C、E極間(BE間和BC間由于基極電流IB太小,故可以忽略不記),

      所以在做設計時,除了要保證VCE不能超過上面的VCEO、IC不能超過上面的IC-continuous以外,還要計算耗損功率是否會超限,如下圖所示:

圖3-8.04 

      在上圖中,PD功率曲線下方的綠色區域是安全區域,如果超出這個區域,就會導致晶體管損壞,

      衰減系數(Derate above 25℃)5.0mW/℃是指,當溫度高于25℃時,每升高1℃,最大耗損功率引數會降低5mW,比如,當環境溫度上升到135℃時,本晶體管允許的最大耗損功率PD只有:

      當環境溫度上升到125℃時,本晶體管允許的最大耗損功率PD更是下降到了:

 

 

2. 具體性能引數

      從第2頁開始,為具體的性能引數表格,我們一個個表格來看:

 

 

(1)截止性能引數

圖3-8.05 

      • V(BR)CEO:、V(BR)CBO、V(BR)EBO:這3個引數在前面的總體性能表格中已經出現過,這里只是為了表格完整性再重復羅列一下而已,

      • ICBO:指在E極開路,CB間加上20V的反偏電壓時,集電結的漏電流,為50nA,(電路連接和概念可參看前文圖3-3.07),一般我們可以通過這個引數計算ICEO(ICEO的概念可參看前文圖3-5.06),具體算式為:ICEO = β ICBO

      • IEBO:指在C極開路,EB間加上20V的反偏電壓時,發射結的漏電流,為50nA,

 

 

(2)導通性能引數

圖3-8.06 

      • hFE:這個就是直流電流放大系數β(至于為什么要寫成hFE,這個我們在下一章BJT的交流分析中會講),這里我們在表格中可以看到,在IC的兩個不同條件下,測得的放大系數不同,在第一個條件(IC=2mA,VCE=1.0V)時,直流放大系數β的值在50~150都是合格的;在第二個條件(IC=50mA,VCE=1.0V)下,放大系數β只有25,

      • VCEsat:這個就是在共射放大電路中常用的CE間飽和電壓,這里是0.3V,測驗條件為IC=50mA,IB=5mA,可以看到,此時直流放大倍數IC/IB=10,遠小于放大系數β正常最小值的50,說明確實是飽和了,

      • VBEsat:測驗條件和上面相同(晶體管處于飽和狀態),此時BE間的電壓即為VBEsat飽和電壓(一般電路分析計算時不常用),

 

 

(3)小信號性能引數

圖3-8.07 

      小信號性能引數基本都為交流引數,這個等我們下一章講BJT放大電路的交流分析時再講,現在唯一需要看一下的是上圖中的hfe引數(下標fe用小寫),即交流電流放大系數βac

 

 

3. 特性曲線

      資料規格書的第三部分是本晶體管的特性曲線,其中Figure1~8為交流特性曲線,Figure9~12為直流特性曲線,關于交流特性,我們放到下一章再講,這里我們僅分析Figue9~12的直流特性曲線:

 

● 直流增益

圖3-8.08 

      上圖為直流增益hFE(即直流β)隨IC變化的曲線,測驗條件為VCE=1V,從圖中我們可以看到,hFE值會受多種因素的影響,hFE不僅會隨溫變化而變化,還會隨集電極電流IC的變化而變化,

      這里要說明一下的是縱坐標的表示方式,圖中“NORMALIZED”稱為“歸一化引數”,即:把在+25℃和IC=8mA條件下的hFE作為基準hFE值,其他條件下的hFE值相對于這個基準值的比值,這是個無量綱(即無單位)的引數,常用于表示某值隨其他條件的相對變化量,

 

● 飽和電流范圍

圖3-8.09 

      上圖為描述飽和區的特性曲線,看上去好像很復雜,其實,只要將其順時針轉90度,就是我們熟悉的圖形了:

圖3-8.10 

      上圖就是我們非常熟悉的共射組態的輸出特性曲線了,其中橫坐標為VCE,縱坐標是IB(這個與我們先前學過的圖形稍稍不同),其中每條曲線對應于一個IC,其實本質是一樣的,只不過把我們以前圖中的IB和IC互相調換了一下位置而已,圖中橙色部分即為大致的飽和區,

 

● 一些導通時的電壓特性

圖3-8.11 

      上圖是進一步描述一些電壓-電流特性的,其中VCEsat和VBEsat那兩條曲線是描述飽和閾值特性的,測驗條件為IC/IB=10,此時的直流放大倍數只有10,遠小于正常的hFE值了,所以晶體管一定處于飽和狀態,最下面那條曲線為飽和閾值電壓VCEsat隨IC變化的曲線;最上面那條曲線為飽和閾值電壓VBEsat隨IC變化的曲線,

      中間那條曲線為當VCE恒定保持1V時,VBE和IC的對應關系,此曲線其實和飽和沒啥關系,只不過是廠家為了方便,把與IC對應的各種電壓描述曲線都放到同一張圖里了,

 

● 溫度系數

圖3-8.12 

      先不看圖,單講溫度系數的含義,溫度系數θ的意思是指,某些引數的值可能會隨溫度的變化而變化,比如,飽和閾值電壓VCEsat,會隨環境溫度的變化而變化,它的溫度系數就定義為:θVC,其在某溫度t下的計算式為:

      問題在于,θVC這個值本身也不是固定的,它會隨著IC的變化而變化,所以,圖中上面那組橫V字形的曲線組,就用來表示θVC值在25℃以上和25℃以下時θVC與IC的對應關系,同理,下面那組曲線表示θVB和IC的對應關系,

     

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( end of 3-8)


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