【導讀】數字開關通常使用MOSFET來lai創chuang建jian
，但dan是shi對dui於yu低di飽bao和he電dian壓ya的de開kai關guan模mo型xing，雙shuang極ji結jie型xing晶jing體ti管guan已yi成cheng為wei不bu容rong忽hu視shi的de替ti代dai方fang案an。對dui於yu低di電dian壓ya和he低di電dian流liu的de應ying用yong，它ta們men不bu僅jin可ke以yi提ti供gong出chu色se的de電dian流liu放fang大da效xiao果guo
，還hai具ju有you成cheng本ben優you勢shi。

數字開關通常使用MOSFET來lai創chuang建jian，但dan是shi對dui於yu低di飽bao和he電dian壓ya的de開kai關guan模mo型xing，雙shuang極ji結jie型xing晶jing體ti管guan已yi成cheng為wei不bu容rong忽hu視shi的de替ti代dai方fang案an。對dui於yu低di電dian壓ya和he低di電dian流liu的de應ying用yong，它ta們men不bu僅jin可ke以yi提ti供gong出chu色se的de電dian流liu放fang大da效xiao果guo
，還hai具ju有you成cheng本ben優you勢shi。

雙極結型晶體管可為移動設備提供更長的使用壽命。

 圖：IBPhotography/Shutterstock

在負載開關應用中，晶體管需要精確地放大基極電流，使輸出電壓接近零
，以便僅測量晶體管的飽和電壓。MOSFET通常用於這項用途
，因為它們不需要任何底層控製器作為電壓控製組件。另一方麵，雙極結型晶體管(BJT)是需要能夠連續傳輸電流的底層控製器的電流控製組件。

不過，具有更高的電流增益(hFE)和更低的飽和電壓(VCEsat)的(de)雙(shuang)極(ji)結(jie)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)低(di)的(de)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)。它(ta)們(men)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)增(zeng)益(yi)降(jiang)低(di)了(le)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)的(de)要(yao)求(qiu)，由(you)此(ci)可(ke)以(yi)由(you)單(dan)片(pian)機(ji)直(zhi)接(jie)開(kai)關(guan)。例(li)如(ru)，如(ru)果(guo)晶(jing)體(ti)管(guan)需(xu)要(yao)傳(chuan)導(dao)1 A電流並且電流增益為100，則基極電流至少需要10 mA，以確保晶體管飽和。如果晶體管可以提供500的電流增益
，則2 mA電流就足夠了。

而且，雙極結型晶體管還可通過基極偏置電阻器和基極-發射極電壓(VBE)大大減少損耗。如果晶體管用作低頻開關，則較低的飽和壓降可以減少集電極-發射極的功耗
，並在標準化芯片表麵上實現更高的集電極電流(IC)。

因此，對於全導通狀態
，低飽和電壓雙極結型晶體管隻需要0.3至0.9 V的低基極-發射極電壓，非常適合低壓開關應用。控製電壓適用於整個工作溫度範圍。

如果雙極結型晶體管用作飽和開關，還會影響集電極區域的電導率
，從而在飽和時大幅降低集電極-發射極的電阻(RCE(sat))。MOSFET則不具有這種電導率影響，但這確實增加了基極的反向恢複時間
，意味著開關周期變得更長。

由於渡越頻率的緣故，雙極結型晶體管隻能用於涉及幾百kHz頻率的應用。使用渡越頻率除以電流增益因數則產生截止頻率。這被定義為電流增益降至–3 dB的閾值(即0.707因數)。因此在應用中與截止頻率保持一定距離是很重要的。

延長移動設備的使用壽命

由於低飽和電壓雙極結型晶體管具有高增益性能，其效率也比常規的BJT和MOSFET更高，因此當與基極電阻器結合使用時
，它們可以替代MOSFET和肖特基二極管。這樣提供了更長的電池充電使用壽命和降低的組件成本優勢，尤其是在移動和/或電池供電應用(例如電動牙刷、剃須刀或手持式攪拌器)中。相比ESD容限超過8,000 V的MOSFET，雙極結型晶體管對靜電放電(ESD)的敏感性要低得多，並且它們還具有防止電壓尖峰的內部保護功能。

晶體管的增益隨著溫度的升高而進一步增加。同時，在最大允許基極電流下

，基極-發射極電壓相對於正向電壓(VBE(sat))的占比減小了。結果，對於BJT
，飽和時的集電極-發射極電阻(RCE(sat))低於相近MOSFET的導通電阻(RDS(on))。與芯片表麵積相同的MOSFET相比

，BJT在較高的電流密度和/或在連續電流下產生的熱量也較少。

同(tong)樣(yang)
，在(zai)給(gei)定(ding)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)下(xia)
，飽(bao)和(he)電(dian)壓(ya)仍(reng)與(yu)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)成(cheng)比(bi)例(li)。因(yin)此(ci)，低(di)飽(bao)和(he)電(dian)壓(ya)雙(shuang)極(ji)結(jie)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)具(ju)有(you)較(jiao)低(di)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)散(san)熱(re)需(xu)求(qiu)。考(kao)慮(lv)到(dao)總(zong)體(ti)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)
，控(kong)製(zhi)基(ji)極(ji)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)損(sun)耗(hao)是(shi)不(bu)容(rong)忽(hu)視(shi)的(de)。當(dang)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)增(zeng)益(yi)的(de)低(di)飽(bao)和(he)電(dian)壓(ya)雙(shuang)極(ji)結(jie)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)時(shi)，它(ta)們(men)也(ye)比(bi)較(jiao)低(di)。

雙極結型晶體管的另一個優點是它們可以在兩個方向上截止，從而無需額外的反並聯MOSFET。BJT晶體管也更便宜，相比MOSFET具有明顯的成本優勢。

高開關性能

BJT可ke以yi提ti供gong優you於yu最zui大da允yun許xu功gong率lv損sun耗hao很hen多duo倍bei的de開kai關guan性xing能neng，因yin為wei作zuo為wei開kai關guan工gong作zuo的de晶jing體ti管guan具ju有you兩liang個ge固gu定ding的de工gong作zuo點dian。如ru果guo足zu夠gou的de基ji極ji電dian流liu流liu入ru第di一yi個ge，將jiang導dao致zhi集ji電dian極ji電dian流liu閉bi合he開kai關guan，這zhe個ge開kai關guan兩liang端duan僅jin存cun在zai殘can餘yu電dian壓ya降jiang。由you於yu第di二er工gong作zuo點dian的de基ji極ji電dian流liu為wei零ling，因yin此ci具ju有you全quan部bu工gong作zuo電dian壓ya的de晶jing體ti管guan用yong作zuo阻zu斷duan。兩liang個ge工gong作zuo點dian之zhi間jian的de過guo渡du非fei常chang快kuai速su。這zhe樣yang可ke以yi將jiang負fu載zai線xian放fang置zhi在zai適shi當dang的de位wei置zhi，使shi得de從cong導dao通tong到dao受shou阻zu晶jing體ti管guan(反之亦然)的過渡足夠快速以穿過功率損耗雙曲線，且不會發生得太頻繁。固定工作點僅需位於雙曲線的下方。

 由於BJT能夠在線性範圍內進行非常快速的開關運作，並提供具有高電流密度的高脈衝電流，因此它們適合用作控製MOSFET的驅動器。相比專用IC驅動器解決方案，這可以減小尺寸並降低成本。

Diodes的45 V NPN小信號雙極結型晶體管BC847BFZ相比同類DFN1006、SOT883和SOT1123組件體積減小40%
，並具有更高的性能。

 圖源：Diodes

小組件、高性能

低飽和電壓雙極結型晶體管通常在SOT封裝中具有12至100 V的最大集電極-發射極電壓(VCEO)和高達幾安培的集電極電流。目前
，世界上最小的雙極結型晶體管采用了Diodes的DFN0606-3超小型封裝。45 V NPN小信號雙極結型晶體管BC847BFZ的占位麵積僅為0.36 mm2
，高度僅為0.4 mm，相比相近的DFN1006、SOT883和SOT1123組件體積減小了40%，並且性能優於外形更大的相近晶體管產品。這是因為無鉛封裝允許實現更高的功率密度


，而熱性能為135°C/W。Diodes的產品模型允許低壓應用實現低於1 V的電壓開關操作，可讓移動設備以最小的功率完全開啟。它們具有100 mA的集電極電流和925 mW的功率損耗，特別適合智能手表
、健身工具等可穿戴設備，以及智能手機和平板電腦等其他消費類設備。相對應的PNP晶體管產品是BC857BZ。

結論

對於許多電路應用而言，具有低飽和電壓的BJT不僅可以替代MOSFET，而且還具有許多優勢——例如導通電阻低
、控製電壓低於1 V、具有出色的溫度穩定性以及對ESD不敏感。由於BJT可以在兩個方向上阻斷電流
，因此可以省去第二個MOSFET。低飽和電壓雙極結型晶體管的功率損耗和產生的熱量輸出較低，而且價格也比較低。

（來源：儒卓力，作者：儒卓力標準產品產品經理Thomas Bolz）

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