【導讀】預偏置晶體管是在製造過程中集成了偏置電阻的晶體管。這種設計具有成本效益
，集成的元件節省了印刷電路板（pcb）的成本，並減少了物料清單（BOM）中的項目數量。一個典型的產品是 Diodes 的 DDTD113ZC-7-F NPN 晶體管，采用 SOT - 23 - 3 封裝，如圖 1 所示。這種預偏置晶體管包括一個 1 千歐的串聯限流電阻，以及一個與基極 - 發射極結並聯的 10 千歐關斷電阻。

本文總結了預偏置晶體管的定義、作用
、電路分析及設計要點
，強調其在減小PCB尺寸
、降低元件數量方麵的優勢，並提醒合理選擇以匹配微控製器與負載。

預偏置晶體管是在製造過程中集成了偏置電阻的晶體管。這種設計具有成本效益，集成的元件節省了印刷電路板（pcb）的成本，並減少了物料清單（BOM）中的項目數量。一個典型的產品是 Diodes 的 DDTD113ZC-7-F NPN 晶體管，采用 SOT - 23 - 3 封裝，如圖 1 所示。這種預偏置晶體管包括一個 1 千歐的串聯限流電阻，以及一個與基極 - 發射極結並聯的 10 千歐關斷電阻。

預偏置晶體管在電路中如何使用
？

預偏置晶體管設計用於與微控製器等數字邏輯直接連接
，從而無需額外的輔助電阻。這樣可以實現緊湊的 PCB設計
，並減少元件數量，因為三個傳統元件被集成到了單個封裝中。

預偏置晶體管中每個電阻的作用是什麼
？

• 串聯限流電阻 ：與 LED電路中的串聯電阻類似，該串聯電阻用於限製基極電流。

• 關斷（分流）電阻 ：與晶體管基極 - 發射極結並聯的這個電阻有助於晶體管關斷。當輸入串聯電阻斷開時，例如微控製器 I/O在啟動時設置為高阻抗或處於超低功耗（ULP）模式時，它提供一個泄漏路徑，使基極保持在零伏。這個關斷電阻還有助於降低ICE（集電極 - 發射極）間的泄漏電流。

市場上有多種預偏置的 NPN 和 PNP 晶體管可供選擇。設計人員可以選擇具有最合適的串聯電阻和關斷電阻的產品，以匹配其應用需求。

數字（開關）電路中強製 β 操作的必備晶體管理論

晶體管的特性之一是其直流電流增益（β），它被定義為集電極電流與基極電流之比。對於在其線性區域工作的晶體管
，這是模擬設計中的一個重要指標。

在數字（開關）設計中應避免線性操作。相反，我們將重點關注強製 β。通過這種設計技術


，我們有意使晶體管過驅動，以確保其完全飽和，從而特意避開線性區域。作為初步估計，我們假設強製 β 為 10

，但要注意，強製 β 明顯低於線性 β。

預偏置晶體管電路的電路分析

圖 2 展示了Diodes DDTD113ZC - 7 - F 的電路分析。該晶體管的 R1 值為 1 千歐，R2 值為 10 千歐
，並且具有高增益。

• R1 串聯電阻將輸入電流限製在 2.7 毫(hao)安(an)。這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)平(ping)
  ，大(da)多(duo)數(shu)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)都(dou)能(neng)輕(qing)鬆(song)提(ti)供(gong)。然(ran)而(er)，正(zheng)如(ru)在(zai)下(xia)一(yi)個(ge)技(ji)術(shu)小(xiao)貼(tie)士(shi)中(zhong)所(suo)探(tan)討(tao)的(de)，這(zhe)個(ge)值(zhi)可(ke)能(neng)仍(reng)然(ran)過(guo)高(gao)。
• 關斷電阻消耗一小部分輸入電流。根據所選預偏置晶體管的 R1 與 R2的比率
  ，這對電路計算可能重要，也可能不重要。
• 基極電流計算為輸入電流減去關斷電阻電流。
• 假設處於強製 β tiaojianxia，zuidajidianjidianliujisuanweijijidianliudeshibei。qingzhuyi，zheshiyigebaoshouguji
  ，yongyuquebaojingtiguanjinrubaohezhuangtai。ninkeyitongguoceshishejizhongdejiduanqingkuanglaigaishanzhezhongqingkuang。
  
  

圖 2：由 3.3 伏直流邏輯驅動的 Diodes DDTD113ZC - 7 - F 的電路分析

技術小貼士： 

典型的微控製器有兩個電流規格
，包括每個引腳的規格和所有引腳電流的總和。例如，瑞薩電子 Renesas 的 R7FA4M1AB3CFM#AA0，用於最新的 Arduino UNO R4 開發板。大多數端口能夠吸收和輸出 4 毫安電流，少數引腳能夠承受 20 毫安電流，但所有輸出引腳的總電流限製為 60 毫安。因此，需要進行仔細的電路分析
，以確保不超出產品的限製。

請注意，這裏展示的 Diodes 的 DDTD113ZC-7-F 預偏置晶體管因其 R1 電阻值較低而被選用。對於低電流微控製器，具有較高輸入電阻的晶體管可能是更好的匹配。

務必逐個案例（逐個負載）進行評估。

預偏置晶體管的速度有多快？

晶體管的開啟和關斷速度由負載特性、米勒電容和飽和深度等因素決定。以下是一些與本工程簡述直接相關的設計考慮因素：

• 深度飽和的晶體管關斷速度會很慢。根據定義
  ，強製 β 偏置會使晶體管深度飽和，以避開線性區域。這是一個重要的考慮因素
  ，因為在載流子從其矽結構中清除之前，晶體管不會關斷。
• 基極電流取決於微控製器的 I/O 電壓以及預偏置晶體管的 R1 / R2 比率。飽和深度也取決於負載。例如，當負載接近 26 毫安的限製時
  ，所示電路的速度比輕載 5 毫安時更快。換句話說
  ，要仔細選擇預偏置晶體管以匹配負載，避免過度飽和。

• yuweikongzhiqidezhijielianjiepaichuleshijiafumaichongyitigaoguanduansududekenengxing。ciwai，youyumeiyoubaoludejijilianjie，wufashixianzhurubeikeqianweidengjiasudianlu。

綜zong合he來lai看kan，這zhe些xie設she計ji限xian製zhi表biao明ming預yu偏pian置zhi晶jing體ti管guan以yi中zhong等deng速su度du運yun行xing。然ran而er
，有you許xu多duo不bu同tong的de負fu載zai和he電dian平ping轉zhuan換huan應ying用yong可ke以yi從cong預yu偏pian置zhi晶jing體ti管guan中zhong受shou益yi。在zai所suo有you情qing況kuang下xia，設she計ji人ren員yuan都dou應ying選xuan擇ze最zui合he適shi的de預yu偏pian置zhi晶jing體ti管guan，以yi使shi微wei控kong製zhi器qi與yu負fu載zai實shi現xian最zui佳jia匹pi配pei。

技術小貼士： 

請qing記ji住zhu
，傳chuan統tong上shang匹pi配pei過guo程cheng是shi通tong過guo選xuan擇ze合he適shi的de電dian阻zu來lai完wan成cheng的de。現xian在zai，設she計ji人ren員yuan必bi須xu選xuan擇ze具ju有you適shi合he手shou頭tou任ren務wu的de內nei部bu電dian阻zu的de預yu偏pian置zhi晶jing體ti管guan。例li如ru，R1 為 4.7 千歐甚至 10 千歐的晶體管可能更適合您的設計。

最後

預偏置晶體管是一種方便的方法，可以減小 PCB 尺寸並減少設計中使用的元件總數。務必通過選擇具有適當內部電阻的預偏置晶體管，使微控製器與負載相匹配。

本文轉載自：DigiKey電子技術台

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