初級模擬電路：3-8 BJT數據規格書（直流部分）

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      本小節咱們以2N4123通用型BJT硅基晶體管爲例，來介紹如何閱讀BJT的數據規格書，點此連接能夠閱讀和下載2N4123的數據規格書。

 

 

1. 整體性能

      打開datasheet後，首先看標題：

圖3-8.01 

      能夠看到，這是2N412三、2N4124共用的一個datasheet，並且是通用型NPN硅基三極管。而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晶體管的全部極限性能，好讓使用者先對這個器件有一個整體的印象，下面咱們一條條來看：

圖3-8.03 

      • V_CEO：基極開路狀況下，CE間的擊穿電壓，在這一欄中，Value一列有兩行，上行30V爲2N4123的參數；下行25V爲2N4124的參數。後面咱們都僅以2N4123的參數爲例，再也不分2種型號分開羅列描述。（V_CEO的電路鏈接與概念可參看前文的圖3-5.06）

      • V_CBO：發射極開路狀況下，CB間的集電結結的反向擊穿電壓，爲40V。（V_CBO電路鏈接和概念可參看前文的圖3-3.07和圖3-3.10。）

      • V_EBO：集電極開路狀況下，BE間發射結的反偏擊穿電壓，爲5V。

      • I_C-continuous：可承受的最大連續集電極電流，爲200mA。

      • PD（@T_A=25℃）：環境溫度爲25℃時的最大耗損功率（T_A中A的意思是「Ambient」），典型值爲625mW、衰減係數爲5mW/℃。這2個是比較重要的參數，請參看下面的詳細說明。

      • PD（@T_C=25℃）：管體表面溫度爲25℃時的最大耗損功率（T_C中C的意思是「Surface」），典型值爲1.5W，比上面環境溫度爲25℃時的PD值大了近3倍。這個也很好理解，通常來講溫度越高，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於環境溫度（摸上去均可能燙手），因此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，才能認爲管體表面溫度近似等於環境溫度，而使用這個1.5W的標稱值。

      • T_J, T_stg：工做溫度範圍與倉儲溫度範圍，典型值爲-55℃~+150℃。

      • R_θJA：內部PN結到環境之間的熱阻，爲200℃/W。關於熱阻、溫度、功率之間的如何計算，前面的「1-6二極管數據規格書」小節已經介紹過了，這裏就再也不贅述了，回看可點擊這裏。

      • R_θJC：內部PN結到管體表面之間的熱阻，爲83.3℃/W。

 

● 關於最大耗損功率的說明：

      因爲BJT的CE極間有壓降V_CE、有電流I_C，因此三極管自己也是要消耗功率的，並且還不小。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間因爲基極電流I_B過小，故能夠忽略不記）。

      因此在作設計時，除了要保證V_CE不能超過上面的V_CEO、I_C不能超過上面的I_C-continuous之外，還要計算耗損功率是否會超限，以下圖所示：

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，若是超出這個區域，就會致使晶體管損壞。

      衰減係數（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下降5mW。好比，當環境溫度上升到135℃時，本晶體管容許的最大耗損功率PD只有：

      當環境溫度上升到125℃時，本晶體管容許的最大耗損功率PD更是降低到了：

 

 

2. 具體性能參數

      從第2頁開始，爲具體的性能參數表格，咱們一個個表格來看：

 

 

（1）截止性能參數

圖3-8.05 

      • V_(BR)CEO：、V_(BR)CBO、V_(BR)EBO：這3個參數在前面的整體性能表格中已經出現過，這裏只是爲了表格完整性再重複羅列一下而已。

      • I_CBO：指在E極開路，CB間加上20V的反偏電壓時，集電結的漏電流，爲50nA。（電路鏈接和概念可參看前文圖3-3.07）。通常咱們能夠經過這個參數計算I_CEO（I_CEO的概念可參看前文圖3-5.06）,具體算式爲：I_CEO = β I_CBO

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

 

 

（2）導通性能參數

圖3-8.06 

      • h_FE：這個就是直流電流放大係數β（至於爲何要寫成h_FE，這個咱們在下一章BJT的交流分析中會講）。這裏咱們在表格中能夠看到，在I_C的兩個不一樣條件下，測得的放大係數不一樣。在第一個條件（I_C=2mA，V_CE=1.0V）時，直流放大係數β的值在50~150都是合格的；在第二個條件（I_C=50mA，V_CE=1.0V）下，放大係數β只有25。

      • V_CEsat：這個就是在共射放大電路中經常使用的CE間飽和電壓，這裏是0.3V。測試條件爲I_C=50mA，I_B=5mA，能夠看到，此時直流放大倍數I_C/I_B=10，遠小於放大係數β正常最小值的50，說明確實是飽和了。

      • V_BEsat：測試條件和上面相同（晶體管處於飽和狀態），此時BE間的電壓即爲V_BEsat飽和電壓（通常電路分析計算時不經常使用）。

 

 

（3）小信號性能參數

圖3-8.07 

      小信號性能參數基本都爲交流參數，這個等咱們下一章講BJT放大電路的交流分析時再講。如今惟一須要看一下的是上圖中的h_fe參數（下標fe用小寫），即交流電流放大係數β_ac。

 

 

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爲交流特性曲線，Figure9~12爲直流特性曲線。關於交流特性，咱們放到下一章再講，這裏咱們僅分析Figue9~12的直流特性曲線：

 

● 直流增益

圖3-8.08 

      上圖爲直流增益h_FE（即直流β）隨I_C變化的曲線，測試條件爲V_CE=1V。從圖中咱們能夠看到，h_FE值會受多種因素的影響，h_FE不只會隨溫變化而變化，還會隨集電極電流I_C的變化而變化。

      這裏要說明一下的是縱座標的表示方式，圖中「NORMALIZED」稱爲「歸一化參數」。即：把在+25℃和I_C=8mA條件下的h_FE做爲基準h_FE值，其餘條件下的h_FE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，經常使用於表示某值隨其餘條件的相對變化量。

 

● 飽和電流範圍

圖3-8.09 

      上圖爲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，就是咱們熟悉的圖形了：

圖3-8.10 

      上圖就是咱們很是熟悉的共射組態的輸出特性曲線了，其中橫座標爲V_CE，縱座標是I_B（這個與咱們先前學過的圖形稍稍不一樣），其中每條曲線對應於一個I_C。其實本質是同樣的，只不過把咱們之前圖中的I_B和I_C互相調換了一下位置而已。圖中橙色部分即爲大體的飽和區。

 

● 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V_CEsat和V_BEsat那兩條曲線是描述飽和閾值特性的，測試條件爲I_C/I_B=10，此時的直流放大倍數只有10，遠小於正常的h_FE值了，因此晶體管必定處於飽和狀態。最下面那條曲線爲飽和閾值電壓V_CEsat隨I_C變化的曲線；最上面那條曲線爲飽和閾值電壓V_BEsat隨I_C變化的曲線。

      中間那條曲線爲當V_CE恆定保持1V時，V_BE和I_C的對應關係，此曲線其實和飽和沒啥關係，只不過是廠家爲了方便，把與I_C對應的各類電壓描述曲線都放到同一張圖裏了。

 

● 溫度係數

圖3-8.12 

      先不看圖，單講溫度係數的含義。溫度係數θ的意思是指，某些參數的值可能會隨溫度的變化而變化。好比，飽和閾值電壓V_CEsat，會隨環境溫度的變化而變化，它的溫度係數就定義爲：θ_VC，其在某溫度t下的計算式爲：

      問題在於，θ_VC這個值自己也不是固定的，它會隨着I_C的變化而變化。因此，圖中上面那組橫V字形的曲線組，就用來表示θ_VC值在25℃以上和25℃如下時θ_VC與I_C的對應關係。同理，下面那組曲線表示θ_VB和I_C的對應關係。

     

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（ end of 3-8）