使用数字晶体管减少元器件数量:制作简单电路的第一步

使用Arduinos和Raspberry Pis控制LED和电机时,您需要使用包含电阻和晶体管的驱动电路。在电路实验中,对电阻和晶体管进行自由组合很方便,但是在用全套电子套件制作大型电路时,最好尽量减少元器件数量,以免造成接触缺陷或连接错误。
我们现在介绍一种“数字晶体管”,它有助于减少使用的电子元器件数量,从而提高可靠性并降低成本。

目录

‧ 内置电阻的数字晶体管
‧ 为什么晶体管开关需要电阻
‧ 如何使用数字晶体管
‧ 如何选择数字晶体管
‧ 数字晶体管总结

内置电阻的数字晶体管

数字晶体管是一种在晶体管封装中内置了电阻的电子元件。
为了通过微控制器板(例如Arduinos或Raspberry Pis)打开LED或操作继电器,需要使用带有晶体管和电阻的驱动电路(开关)。驱动电路很简单,但是需要一个电阻来限制流过基极的电流。
由于电阻内置在数字晶体管中,因此可以直接用一个晶体管来构成一个驱动电路。

ROHM是世界上第一家开发出被称为“数字晶体管”的半导体制造商。如今,其他公司也有出售这种产品的,称为“电阻内置型晶体管”。为简单起见,它有时被称为“digi-tra”。

为什么晶体管开关需要电阻

在说明数字晶体管的优点之前,我们先来快速了解一下为什么晶体管需要电阻。晶体管有多种类型,但这里我们只解释双极型晶体管的原理。

为了控制晶体管的ON/OFF,需要使电流通过基极。如果向基极施加电压,就会有电流流通,但是如果这样持续下去,负载电流会随着电压的增加呈指数增加,因此即使一个微小的电压变动也会产生很大的影响。在最坏的情况下,晶体管或微控制器可能会损坏,或者可能会因少量静电而发生故障,成为隐患。
因此,为了使双极型晶体管稳定工作,需要在其基极上连接一个输入电阻,以限制施加在基极上的电流。


参考:请告诉我数字晶体管(Digi-tra)背后的工作原理 |ROHM Co., Ltd.

如何使用数字晶体管

数字晶体管似乎是一个很简单的电子元件——只是在晶体管中内置了一个电阻。但是当您亲自进行尝试时,就会开始发现它们的优点了。
使用数字晶体管有许多益处,包括“减小安装尺寸(电路的小型化)”、“减少元器件数量(降低安装成本)”和“提升可靠性”。

举一个数字晶体管发挥作用的例子,下面两幅图比较了制作LED照明电路时电路尺寸的变化过程。

使用普通晶体管的4个LED驱动电路示例。为限制基极电流而使用的电阻使元件布局和布线变得复杂

如果使用数字晶体管,可以省去电阻,减小电路规模,从而节省空间,减少布线量,这意味着在同一区域内,可以增加更多功能,并减少接线故障的发生

使用普通晶体管,需要18根导线和20个电子元器件,但如果换成数字晶体管,导线数量可减少到14根,电子元件数量可以减少到12个。因为减少了元件数量,将元件插入面包板所需的工作量也会减少约30%。
减少布线还能够减少接触不良和接线错误等相关问题的发生。这是一个面包板的例子,但是在对实际产品的电路进行量产时,即使减少一个组件也会产生显著的降低成本效果。如此一来,数字晶体管是可以轻松实现降低成本和提高电路可靠性的电子器件。

在电路图中,通常用虚线包围晶体管,并用符号表示晶体管和电阻被内置于一个电子器件中。电路图上的元器件编号由DT1,DT2……等表示。

如何选择数字晶体管

数字晶体管因集电极电流和连接至基极的电阻的不同而分为不同类型。数字晶体管的选择方法和确定使用普通晶体管作为开关时连接到基极的电阻的方法相同。(参考 通过RasPi上的LED闪烁,更多了解欧姆定律、GPIO和晶体管|DevicePlus一文中电阻的计算方法)
数字晶体管选择工具可在ROHM的数字晶体管产品页面上找到。如果输入极性、电源电压、输入电压、输出电流四个参数,会自动选择最合适的三级晶体管,所以如果您不确定该如何选择,可以尝试使用该方法。

数字晶体管选择工具|ROHM Co., Ltd.

数字晶体管总结

当您听到“数字晶体管”这个词时,可能会感觉比普通晶体管更复杂,但实际上它们只是用于开关工作的简单电子元件,正如您所看到的那样,这种器件其实非常易于使用。
甚至在面包板电子套件中,使用数字晶体管也可以减少使用的元器件数量以及接触缺陷等问题。此外,使用该电子器件可以获得很多好处,即使在小规模的电气工作和工作验证中也是如此。
对于经常使用晶体管实现开关工作的人来说,也非常推荐使用数字晶体管。

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

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