一文帶你了解RET的開關(guān)特性

可通過基極電流開啟或關(guān)閉雙極結(jié)型晶體管(BJT)。但是，由于基極-發(fā)射極二極管兩端的壓降在很大程度上取決于溫度，因而在許多應(yīng)用中，需要一個(gè)串聯(lián)電阻將基極電流保持在所需水平，從而確保BJT穩(wěn)定安全地工作。閱讀本文，了解如何使用RET來應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)BJT的溫度依賴性。

為了減少元器件數(shù)量、簡化電路板設(shè)計(jì)，配電阻晶體管將一個(gè)或兩個(gè)雙極性晶體管與偏置電阻組合在一起，集成在同一個(gè)晶片上。替代方案包括在基極-發(fā)射極路徑上并聯(lián)第二個(gè)集成電阻，以創(chuàng)建用于設(shè)置基極電壓的分壓器。這可以提供更精細(xì)的微調(diào)和更好的關(guān)斷特性。由于這些內(nèi)部電阻的容差高于外部電阻，因而 RET 適合晶體管在打開或關(guān)斷狀態(tài)下工作的開關(guān)應(yīng)用。因此，RET 有時(shí)被稱為數(shù)字晶體管。本文討論了在開關(guān)應(yīng)用中使用RET進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的一些關(guān)鍵操作參數(shù)。

△ 配電阻晶體管(RET)

電壓和電流(VI)參數(shù)

IC/IIN 是指RET的電流增益 hFE，其中的IIN包括基極電流和流經(jīng) R2 的電流（IR2 = VBE/R2）。因此，hFE 比 RET 小，后者只有一個(gè)串聯(lián)基極電阻R1。因?yàn)檩斎腚娏鲝幕鶚O分流，所以 R2 值越低，hFE 值就越小。從表1可看出這一點(diǎn)。VCEsat 是 RET 開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)集電極-發(fā)射極的殘余電壓。

測(cè)量 hFE 的測(cè)試條件是施加 0.5 mA 的基極電流和 10 mA 的集電極電流。Vi(off)是 RET 器件關(guān)閉時(shí)的輸入電壓。在這種情況下，集電極泄漏電流為 100μA，集電極-發(fā)射極電壓(VCE)為 5 V。表中提供的 V(Ioff)max 較低值是 RET 驅(qū)動(dòng)級(jí)的最大允許輸出電平。該條件必須要滿足，以確保 RET 在關(guān)斷狀態(tài)下可以安全運(yùn)行。當(dāng)測(cè)試處于導(dǎo)通狀態(tài)的 RET 時(shí)，VI(on)min 是最關(guān)鍵的參數(shù)。用于驅(qū)動(dòng) RET 的電路必須能夠提供該電壓電平，以確保安全開啟。導(dǎo)通狀態(tài)是指集電極-發(fā)射極電壓為 0.3 V 時(shí)，集電極電流為 10 mA 的狀態(tài)。RET 數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的 VI 額定值僅針對(duì)這些測(cè)試條件有效。RET 需通過更大的基極驅(qū)動(dòng)電壓 VI(on)來獲得更大的開關(guān)電流。圖2 顯示了 RET 晶體管的電壓-電流(VI)開關(guān)特性。

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VI < VI(off)max：所有RET器件均保證處于關(guān)斷狀態(tài)

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Vi < Vi(off)typ：典型RET處于關(guān)斷狀態(tài)

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Vi < Vi(off)typ：典型RET處于導(dǎo)通狀態(tài)

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VI > VI(on)min：所有RET器件均保證處于導(dǎo)通狀態(tài)

表 1 顯示了導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)的輸入電壓對(duì) Nexperia NHDTC 系列 RET 中的電阻分壓器配置的依賴性。在 VI(off)條件下，會(huì)有一個(gè)微小的基極電流流過晶體管（約0.3 μA）。關(guān)閉 RET 所需的電壓典型值與電阻比 R1/R2 有關(guān)。當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，可以通過 R2 或基極-發(fā)射極二極管兩端的壓降目標(biāo)來計(jì)算此值。對(duì)于 NHDTC（找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城） 系列，該電壓大約為 580 mV。因此，電阻比為 1 時(shí)的 VI(off) 值具有相同的電壓(表1中的第1-3行)。由于上述原因，當(dāng) R2 為 47 kΩ，且 R1 值為 2.2 kΩ、4.7 kΩ 或 10 kΩ時(shí)，關(guān)斷狀態(tài)的典型電壓值均會(huì)較低。VI(off) max 需為偶數(shù)值，以確保器件在圖 2 中最左側(cè)的深綠色陰影區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。

△ Nexperia的RET產(chǎn)品組合

正確選擇電阻分壓器至關(guān)重要，以確保 RET 的控制電壓范圍與驅(qū)動(dòng)級(jí)相匹配。所需的集電極或負(fù)載電流會(huì)影響為導(dǎo)通狀態(tài)提供的基極電流。可使用較低的 R1 和/或 流經(jīng) R2 的較小旁路電流來設(shè)置較高的集電極電流。

除了通用系列，Nexperia（安世半導(dǎo)體）還提供具有增強(qiáng)功能的 RET 器件，例如，NHDTA/NHDTC 系列 RET(見表1)的 VCEO 為 80 V。這一特性使得這些器件非常適合 48 V 汽車應(yīng)用。PDTB 和 PBRN 系列 RET 支持 500/600 mA 的集電極電流，并可用于開關(guān)功率繼電器和功率 LED。

有關(guān)溫度的注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，需密切關(guān)注VI參數(shù)的溫度漂移。BJT 的 VBE 隨溫度升高而降低，其中系數(shù)約為 -1.7mV/K 至 -2.1mV/K。如圖 3 所示，對(duì)于獨(dú)立的 BJT，hFE 也會(huì)每開爾文增加約 1%。

△ 典型直流電流增益與集電極電流呈函數(shù)關(guān)系

VI(on) 為 IC 的函數(shù)，因此在相同的 VCE 下，需要更高的輸入電壓來驅(qū)動(dòng)更多的集電極電流。低環(huán)境溫度需要更高的輸入電壓，因?yàn)?VBE 增加，hFE 會(huì)降低。因此需要在低溫下打開 RET 開關(guān)，這是應(yīng)用的關(guān)鍵操作條件，并且需要足夠的輸入電壓才能正確打開器件（圖4）。

△ 典型導(dǎo)通狀態(tài)輸入電壓與集電極電流呈函數(shù)關(guān)系

在關(guān)斷狀態(tài)下，高溫條件非常關(guān)鍵。因此，驅(qū)動(dòng)電路必須設(shè)計(jì)為在最高應(yīng)用溫度下輸出電壓遠(yuǎn)低于 VI(off) 典型值（圖5）。

△ 典型導(dǎo)通狀態(tài)輸入電壓與集電極電流呈函數(shù)關(guān)系

簡單，但安全可靠

RET 是一種相對(duì)簡單的器件，非常適合開關(guān)應(yīng)用。盡管如此，設(shè)計(jì)人員必須了解影響其運(yùn)行的參數(shù)，包括開關(guān)電壓和電流，以及其受溫度影響的情況。本篇博客文章提供了一些設(shè)計(jì)技巧，目的是確保 Nexperia（安世半導(dǎo)體）的 RET 在目標(biāo)應(yīng)用中安全可靠地運(yùn)行。


審核編輯 黃宇