初級模擬電路:3-8 BJT數據規格書(直流部分)

来源:https://www.cnblogs.com/initcircuit/archive/2019/11/01/11750544.html
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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的數據規格書,點此鏈接可以閱讀和下載2N4123的數據規格書。

 

 

1. 總體性能

      打開datasheet後,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硅基三極體。然後在在第一頁的右側,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,數據規格書列出了這個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,下麵我們一條條來看:

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的參數;下行25V為2N4124的參數。後面我們都僅以2N4123的參數為例,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、衰減繫數為5mW/℃。這2個是比較重要的參數,請參看下麵的詳細說明

      • PD(@TC=25℃):管體錶面溫度為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,管體錶面溫度有可能遠高於環境溫度(摸上去都可能燙手),所以限制了最大耗損功率的大小。只有在管體錶面加裝了面積很大且接觸良好的散熱片時,才能認為管體錶面溫度近似等於環境溫度,而使用這個1.5W的標稱值。

      • TJ, Tstg:工作溫度範圍與倉儲溫度範圍,典型值為-55℃~+150℃。

      • RθJA:內部PN結到環境之間的熱阻,為200℃/W。關於熱阻、溫度、功率之間的如何計算,前面的“1-6二極體數據規格書”小節已經介紹過了,這裡就不再贅述了,回看可點擊這裡

      • RθJC:內部PN結到管體錶面之間的熱阻,為83.3℃/W。

 

● 關於最大耗損功率的說明:

      由於BJT的CE極間有壓降VCE、有電流IC,所以三極體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,三極體的主要功耗產生在C、E極間(BE間和BC間由於基極電流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。

      衰減繫數(Derate above 25℃)5.0mW/℃是指,當溫度高於25℃時,每升高1℃,最大耗損功率參數會降低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. 具體性能參數

      從第2頁開始,為具體的性能參數表格,我們一個個表格來看:

 

 

(1)截止性能參數

圖3-8.05 

      • V(BR)CEO:、V(BR)CBO、V(BR)EBO:這3個參數在前面的總體性能表格中已經出現過,這裡只是為了表格完整性再重覆羅列一下而已。

      • 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參數計算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)導通性能參數

圖3-8.06 

      • hFE:這個就是直流電流放大繫數β(至於為什麼要寫成hFE,這個我們在下一章BJT的交流分析中會講)。這裡我們在表格中可以看到,在IC的兩個不同條件下,測得的放大繫數不同。在第一個條件(IC=2mA,VCE=1.0V)時,直流放大繫數β的值在50~150都是合格的;在第二個條件(IC=50mA,VCE=1.0V)下,放大繫數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,這裡是0.3V。測試條件為IC=50mA,IB=5mA,可以看到,此時直流放大倍數IC/IB=10,遠小於放大繫數β正常最小值的50,說明確實是飽和了。

      • VBEsat:測試條件和上面相同(晶體管處於飽和狀態),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)小信號性能參數

圖3-8.07 

      小信號性能參數基本都為交流參數,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參數(下標fe用小寫),即交流電流放大繫數βac

 

 

3. 特性曲線

      數據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。關於交流特性,我們放到下一章再講,這裡我們僅分析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,測試條件為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。

      這裡要說明一下的是縱坐標的表示方式,圖中“NORMALIZED”稱為“歸一化參數”。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值相對於這個基準值的比值。這是個無量綱(即無單位)的參數,常用於表示某值隨其他條件的相對變化量。

 

● 飽和電流範圍

圖3-8.09 

      上圖為描述飽和區的特性曲線,看上去好像很複雜,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),其中每條曲線對應於一個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,測試條件為IC/IB=10,此時的直流放大倍數只有10,遠小於正常的hFE值了,所以晶體管一定處於飽和狀態。最下麵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恆定保持1V時,VBE和IC的對應關係,此曲線其實和飽和沒啥關係,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裡了。

 

● 溫度繫數

圖3-8.12 

      先不看圖,單講溫度繫數的含義。溫度繫數θ的意思是指,某些參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,它的溫度繫數就定義為:θVC,其在某溫度t下的計算式為:

      問題在於,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的對應關係。同理,下麵那組曲線表示θVB和IC的對應關係。

     

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( end of 3-8)



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