디지털 트랜지스터의 선정

내장 저항 선정 툴

전압, 전류, 저항치 등의 조건을 입력한 후, 계산 버튼을 클릭합니다.
I_c/I_B의 계산 결과에 따라 권장, 확인 필요, 재검토 필요가 표시됩니다.

■툴의 사용 방법

・디지털 트랜지스터 (NPN)

・디지털 트랜지스터 (PNP)

디지털 트랜지스터에 내장되어 있는 저항의 선정 방법에 대해 설명하겠습니다.
디지털 트랜지스터에는 R1과 R2를 내장한 제품, R1만 내장한 제품, R2만 내장한 제품이 있습니다. R1과 R2의 역할은 모든 제품에서 동일합니다.

R1 : 저항치 선정 방법
R1은 바이폴라 트랜지스터를 전압으로 제어하기 위한 저항입니다.
MOSFET의 경우 임계치 전압 (V_th)보다 큰 전압을 인가하면 ON됩니다.
바이폴라 트랜지스터의 경우, 베이스 - 이미터 전압 (V_BE)이 순방향 전압 (V_F)보다 커지면 ON됩니다.
이때, 베이스 전류 (I_B)가 급격하게 상승합니다. V_BE가 V_F보다 낮은 경우에는 전류가 거의 흐르지 않고, V_BE가 V_F보다 높은 경우에는 큰 I_B가 흐릅니다.

또한, V_F의 편차로 인해 베이스 전압으로 ON / OFF를 제어하는 것은 어렵습니다.
저항 R1을 내장함으로써, 입력전압의 변동에 대한 입력전류의 변동을 억제할 수 있습니다.

입력전압과 R1의 저항치에 따라 바이폴라 트랜지스터의 입력전류가 결정되고, 출력전류 I_C와 I_B의 비율 (I_C/I_B)에 따라 출력전압이 결정됩니다.
이와 같이, R1의 저항치는 중요한 파라미터입니다.
입력전압이 낮거나 출력전류가 큰 경우, 작은 저항치를 선택하는 편이 ON / OFF 제어가 용이합니다.

R2 : 저항치 선정 방법
R1과 R2를 내장한 제품의 경우, R2는 OFF 영역을 제어합니다.
V_BE가 V_F를 초과하지 않는 경우, R2를 통해 전류가 흐릅니다.
R1만 내장한 제품의 경우 R1을 통해 흐른 총전류가 I_B가 되지만, R1과 R2를 내장한 제품의 경우 R2에 전류 I_R2가 흘러 R2×I_R2가 V_F를 초과할 때까지 일정 입력전압에 대해 OFF인 구간을 설정할 수 있습니다.
R2의 선택 포인트로, 입력의 ON 전압이 작은 경우에는 큰 저항치를 선택하고, 입력의 OFF 전압이 큰 경우에는 낮은 저항치를 선택합니다.
또한, ON 조건에서 R1에 흐르는 일부의 전류가 R2에 흐르기 때문에, 출력전류가 큰 경우 큰 저항치의 R2를 선택하는 편이 ON / OFF 제어가 용이해집니다.

선정 방법

①TR을 포화시키기 위해서는 I_C/I_B≦20 조건에서의 사용을 권장합니다.
②입력저항 : R₁은 ±30% E-B간 저항 : R₂는 R₂/R₁=±20%
③V_BE는 0.55V~0.75Ｖ ※일반적인 수치로, 보증치는 아닙니다.

디지털 트랜지스터에서는 하기의 관계식이 성립합니다.

■디지털 트랜지스터의 직류 전류 증폭률의 관계식

■콜렉터 전류의 관계식

∴ I_C=h_FE×((Vin-V_BE)/R₁)-(V_BE/R₂)) ・・・①

※이 식에서 h_FE는 V_CE=5V, I_C=1mA일 때의 값으로, 포화 상태는 아닙니다.

스위치로서 사용하는 경우, 포화 영역에서의 사용을 권장합니다. 하기 계산에서 I_C/I_B=20/1로 가정합니다.

∴ I_C=20×((Vin-V_BE)/R₁)-(V_BE/R₂))・・・②

식 ①의 h_FE를 20/1으로 치환합니다.

편차를 고려하여 산출하기 위해서는,
식 ②에 R₁은 최대 +30%, R₂는 최소 -20%, V_BE는 최대 0.75V의 워스트 케이스를 대입하여 산출합니다. 디지털 트랜지스터의 I_C가 사용 세트 상에서의 최대 출력전류 Iomax보다 커지도록, 하기 식에서 디지털 트랜지스터의 저항 R₁, R₂를 선택합니다.

∴ Iomax≦20((Vin-0.75)/(1.3×R₁)-0.75/(1.04×R₂))

디지털 트랜지스터의 용어

V_{I (on)}Min : 입력전압 (INPUT ON VOLTAGE)

OUT 단자, GND 단자 사이에 순방향 전압 (V_O)을 인가하여, 규정된 출력전류 (I_O)가 흐르게 하기 위해 필요한 최소 입력전압, 즉 디지털 트랜지스터가 ON 상태인 영역의 최소 입력전압치를 의미합니다.
따라서, ON 상태에서 OFF 상태로 전환하기 위해서는 이러한 최소 입력전압치보다 더 낮추어야 하므로, 양품의 값은 이 값보다 낮아집니다.
V_I(on)의 Min 3.0V는 「최소 3.0V를 ON의 입력 신호로 한다」는 것을 나타냅니다.

V_I(off)Max : 입력전압 (INPUT OFF VOLTAGE)

OUT 단자, GND 단자 사이에 규정된 전원전압 (V_CC), 출력전류 (I_O)를 인가했을 때 IN 단자, GND 단자 사에에서 얻어지는 최대 입력전압, 즉 디지털 트랜지스터가 OFF 상태를 유지할 수 있는 영역의 최대 입력전압치를 의미합니다.
따라서, OFF 상태에서 ON 상태로 전환하기 위해서는 이러한 최대 입력전압치보다 더 높여야 하므로, 양품의 값은 이 값보다 높아집니다.
V_I(off)의 Max 0.5V는 「최대 0.5V까지를 OFF의 입력 신호로 한다」는 것을 나타냅니다.
보증치가 최대 0.5V이므로, 편차를 고려하여 실력치는 반드시 0.5V 이상이 됩니다.
예를 들어 V_I(off) Max 0.5V로 기재되어 있는 경우, 실력치를 나타내는 그래프에서는 1.5V 정도가 됩니다.

V_O(on) : 출력전압 (OUTPUT VOLTAGE)

절대 최대 정격을 초과하지 않는 임의의 입력 조건 하에서의 출력 단자 전압입니다. GND 접지 증폭 회로에서 입력전류를 충분히 흘릴 때, 출력전압이 감소하여 IN, OUT 접합도 순 바이어스가 된 상태. 규정된 V_O, I_O에 있어서 II를 정수 (통상 10~20) 분의 1로 하여 측정합니다.

I_I(Max) : 입력전류 (INPUT CURRENT)

IN 단자, GND 단자 사이에 순방향 전압 (V_I)을 인가하여, IN 단자에 연속적으로 흘릴 수 있는 전류의 최대 입력 허용치입니다.

G_I : GND 접지 직류 전류 증폭률 (DC CURRENT GAIN)

규정된 V_O, I_O 조건에서 I_O/II의 비율입니다.

R₁ : 입력 저항 (INPUT RESISTANCE)

IN 단자, 트랜지스터 베이스 사이에 내장된 저항입니다. R₁의 허용 범위는 ±30％이며, 온도에 따라 변화합니다.

R₂/R₁ : 저항 비율 (RESISTANCE RATIO)

내장된 입력 저항에 대한 트랜지스터의 베이스 - 이미터 간 저항의 비율입니다.