初级模拟电路:3-8 BJT数据规格书(直流部分)
本小节我们以2N4123通用型BJT硅基晶体管为例,来介绍如何阅读BJT的数据规格书,点此链接可以阅读和下载2N4123的数据规格书。
1. 总体性能
打开datasheet后,首先看标题:
图3-8.01
可以看到,这是2N4123、2N4124共用的一个datasheet,而且是通用型NPN硅基三极管。然后在在第一页的右侧,厂家给出了管脚识别方法和管体上的文字标记含义:
图3-8.02
在第一页的主体篇幅,数据规格书列出了这个BJT晶体管的所有极限性能,好让使用者先对这个器件有一个总体的印象,下面我们一条条来看:
图3-8.03
• VCEO:基极开路情况下,CE间的击穿电压,在这一栏中,Value一列有两行,上行30V为2N4123的参数;下行25V为2N4124的参数。后面我们都仅以2N4123的参数为例,不再分2种型号分开罗列描述。(VCEO的电路连接与概念可参看前文的图3-5.06)
• VCBO:发射极开路情况下,CB间的集电结结的反向击穿电压,为40V。(VCBO电路连接和概念可参看前文的图3-3.07和图3-3.10。)
• VEBO:集电极开路情况下,BE间发射结的反偏击穿电压,为5V。
• IC-continuous:可承受的最大连续集电极电流,为200mA。
• PD(@TA=25℃):环境温度为25℃时的最大耗损功率(TA中A的意思是“Ambient”),典型值为625mW、衰减系数为5mW/℃。这2个是比较重要的参数,请参看下面的详细说明。
• PD(@TC=25℃):管体表面温度为25℃时的最大耗损功率(TC中C的意思是“Surface”),典型值为1.5W,比上面环境温度为25℃时的PD值大了近3倍。这个也很好理解,一般来说温度越高,晶体管的性能越差。在晶体管电流较大时,管体表面温度有可能远高于环境温度(摸上去都可能烫手),所以限制了最大耗损功率的大小。只有在管体表面加装了面积很大且接触良好的散热片时,才能认为管体表面温度近似等于环境温度,而使用这个1.5W的标称值。
• TJ, Tstg:工作温度范围与仓储温度范围,典型值为-55℃~+150℃。
• RθJA:内部PN结到环境之间的热阻,为200℃/W。关于热阻、温度、功率之间的如何计算,前面的“1-6二极管数据规格书”小节已经介绍过了,这里就不再赘述了,回看可点击这里。
• RθJC:内部PN结到管体表面之间的热阻,为83.3℃/W。
● 关于最大耗损功率的说明:
由于BJT的CE极间有压降VCE、有电流IC,所以三极管本身也是要消耗功率的,而且还不小。根据“功率=电压*电流”的公式,三极管的主要功耗产生在C、E极间(BE间和BC间由于基极电流IB太小,故可以忽略不记)。
所以在做设计时,除了要保证VCE不能超过上面的VCEO、IC不能超过上面的IC-continuous以外,还要计算耗损功率是否会超限,如下图所示:
图3-8.04
在上图中,PD功率曲线下方的绿色区域是安全区域,如果超出这个区域,就会导致晶体管损坏。
衰减系数(Derate above 25℃)5.0mW/℃是指,当温度高于25℃时,每升高1℃,最大耗损功率参数会降低5mW。比如,当环境温度上升到135℃时,本晶体管允许的最大耗损功率PD只有:
当环境温度上升到125℃时,本晶体管允许的最大耗损功率PD更是下降到了:
2. 具体性能参数
从第2页开始,为具体的性能参数表格,我们一个个表格来看:
(1)截止性能参数
图3-8.05
• V(BR)CEO:、V(BR)CBO、V(BR)EBO:这3个参数在前面的总体性能表格中已经出现过,这里只是为了表格完整性再重复罗列一下而已。
• ICBO:指在E极开路,CB间加上20V的反偏电压时,集电结的漏电流,为50nA。(电路连接和概念可参看前文图3-3.07)。一般我们可以通过这个参数计算ICEO(ICEO的概念可参看前文图3-5.06),具体算式为:ICEO = β ICBO
• IEBO:指在C极开路,EB间加上20V的反偏电压时,发射结的漏电流,为50nA。
(2)导通性能参数
图3-8.06
• hFE:这个就是直流电流放大系数β(至于为什么要写成hFE,这个我们在下一章BJT的交流分析中会讲)。这里我们在表格中可以看到,在IC的两个不同条件下,测得的放大系数不同。在第一个条件(IC=2mA,VCE=1.0V)时,直流放大系数β的值在50~150都是合格的;在第二个条件(IC=50mA,VCE=1.0V)下,放大系数β只有25。
• VCEsat:这个就是在共射放大电路中常用的CE间饱和电压,这里是0.3V。测试条件为IC=50mA,IB=5mA,可以看到,此时直流放大倍数IC/IB=10,远小于放大系数β正常最小值的50,说明确实是饱和了。
• VBEsat:测试条件和上面相同(晶体管处于饱和状态),此时BE间的电压即为VBEsat饱和电压(一般电路分析计算时不常用)。
(3)小信号性能参数
图3-8.07
小信号性能参数基本都为交流参数,这个等我们下一章讲BJT放大电路的交流分析时再讲。现在唯一需要看一下的是上图中的hfe参数(下标fe用小写),即交流电流放大系数βac。
3. 特性曲线
数据规格书的第三部分是本晶体管的特性曲线,其中Figure1~8为交流特性曲线,Figure9~12为直流特性曲线。关于交流特性,我们放到下一章再讲,这里我们仅分析Figue9~12的直流特性曲线:
● 直流增益
图3-8.08
上图为直流增益hFE(即直流β)随IC变化的曲线,测试条件为VCE=1V。从图中我们可以看到,hFE值会受多种因素的影响,hFE不仅会随温变化而变化,还会随集电极电流IC的变化而变化。
这里要说明一下的是纵坐标的表示方式,图中“NORMALIZED”称为“归一化参数”。即:把在+25℃和IC=8mA条件下的hFE作为基准hFE值,其他条件下的hFE值相对于这个基准值的比值。这是个无量纲(即无单位)的参数,常用于表示某值随其他条件的相对变化量。
● 饱和电流范围
图3-8.09
上图为描述饱和区的特性曲线,看上去好像很复杂,其实,只要将其顺时针转90度,就是我们熟悉的图形了:
图3-8.10
上图就是我们非常熟悉的共射组态的输出特性曲线了,其中横坐标为VCE,纵坐标是IB(这个与我们先前学过的图形稍稍不同),其中每条曲线对应于一个IC。其实本质是一样的,只不过把我们以前图中的IB和IC互相调换了一下位置而已。图中橙色部分即为大致的饱和区。
● 一些导通时的电压特性
图3-8.11
上图是进一步描述一些电压-电流特性的。其中VCEsat和VBEsat那两条曲线是描述饱和阈值特性的,测试条件为IC/IB=10,此时的直流放大倍数只有10,远小于正常的hFE值了,所以晶体管一定处于饱和状态。最下面那条曲线为饱和阈值电压VCEsat随IC变化的曲线;最上面那条曲线为饱和阈值电压VBEsat随IC变化的曲线。
中间那条曲线为当VCE恒定保持1V时,VBE和IC的对应关系,此曲线其实和饱和没啥关系,只不过是厂家为了方便,把与IC对应的各种电压描述曲线都放到同一张图里了。
● 温度系数
图3-8.12
先不看图,单讲温度系数的含义。温度系数θ的意思是指,某些参数的值可能会随温度的变化而变化。比如,饱和阈值电压VCEsat,会随环境温度的变化而变化,它的温度系数就定义为:θVC,其在某温度t下的计算式为:
问题在于,θVC这个值本身也不是固定的,它会随着IC的变化而变化。所以,图中上面那组横V字形的曲线组,就用来表示θVC值在25℃以上和25℃以下时θVC与IC的对应关系。同理,下面那组曲线表示θVB和IC的对应关系。
( end of 3-8)
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