절대최대정격은 한 순간이라도 넘어서는 안됩니다. 브레이크 다운으로 트랜지스터가 파괴되거나, hFE 가 저하하는 등 열화될 가능성이 있습니다. 단발 펄스의 경우, 사용 가능한 범위는 안전동작영역 (SOA) 을 확인하십시오. 연속 펄스의 경우에는 전력 계산이나 소자 온도 계산이 필요합니다. 자세한 판단 순서는 "사용 가능여부 판단 방법"ᆞ"소자 온도의 계산 방법" 을 참조하십시오. (또, "Derating" 에 관한 항목도 참조하십시오.)
베이스 전류의 최대정격은 콜렉터 전류 최대정격의 1/3 입니다. (Darlington 접속 트랜지스터의 경우, 1/10 입니다.) 예 : 2SD2656 의 경우 콜렉터 전류 최대정격은 DC 로 1A, 펄스로 2A 이므로, 베이스 전류 최대정격은 DC 로 333mA, 펄스로 666mA 가 됩니다. 디지털 트랜지스터의 경우, 사양서에 기재되어 있는 Vin 정격을 지키면 입력전류가 정격을 넘지 않도록 Vin 정격이 설정되어 있습니다.
NPN 트랜지스터의 경우, 에미터를 GND 로서 콜렉터에 + 전압을 인가하였을 때의 내압이 사양서에 기재되어 있는 VCEO 입니다. (PNP 트랜지스터의 경우, 콜렉터를 GND 로서 에미터에 + 전압을 인가하였을 때의 내압이 VCEO 입니다.) 이와 역방향 (NPN 의 경우, 콜렉터를 GND 로서 에미터에 + 전압을 인가했을 경우) 내압은 에미터 베이스 간의 내압과 거의 같습니다. 에미터 베이스 간 내압은 통상 5-7V 정도이므로, 콜렉터-에미터 간의 역방향 전압은 5V 이하로 사용하시기 바랍니다. (콜렉터-에미터 간 역방향에 내압에 가까운 전압을 가하면 hFE 저하 등의 열화가 발생할 수 있습니다.) 콜렉터-에미터 간 역방향 전압이 5V 이하라면, 전류는 리크 전류 정도만 흐르게 됩니다.
디지털 트랜지스터도 상기와 동일하게 콜렉터-에미터 간 (OUT-GND 간) 역방향으로는 5V까지 전압을 인가할 수 있지만, GND-IN 사이에 저항이 들어가는 경우에는, 저항을 통해 전류가 흐릅니다.
hFE 범위는 당사 사양서에 기재되어 있습니다. 상한ᆞ하한 모두 기재되어 있는 것도 있으며, 하한만을 기재한 품번도 있습니다. 상한ᆞ하한 모두 기재되어 있는 품번은 실력치가 그 모든 범위값인 경우가 있습니다. 하한만이 기재되어 있는 품번은 실력치가 하한치의 수배 정도의 범위에 있을 경우가 많으므로, 자세한 내용은 "로옴 담당 영업" 으로 문의하십시오.
디지털 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터에 저항을 추가한 것입니다. 통상 바이폴라 트랜지스터 저항 R1 (입력저항) 추가 저항 R2 (EB 간 저항) 추가
■ 저항 R1 에 대하여
ᆞ저항 R1 의 역할 : 입력전압을 전류로 변환하여 트랜지스터의 동작을 안정시킨다.
바이폴라 트랜지스터는 입력 (베이스 단자) 에 IC 등의 전압출력을 연결하여 전압제어로 동작시키면, 동작이 불안정해집니다. IC 와 베이스 단자 간에 저항 (입력저항) 을 삽입하여 전류제어로서 동작시키면 동작을 안정화 할 수 있습니다. (출력전류는 입력전압에 대해 지수 관수적으로 변화하지만, 입력전류에 대해서는 리니어로 변화하기 때문입니다.) 이 입력저항을 내장한 것이 디지털 트랜지스터의 저항 R1 입니다.
입력이 전압인 경우와 전류인 경우의 트랜지스터 동작을 비교하였습니다.
전압 제어 입력 : 에미터 – 베이스 간 전압 VEB
전류 제어 입력 : 베이스 전류 IB
측정 회로도
이론식
입력-출력 특성
입력-출력 특성을 살펴보면 우측의 전류제어에서는 출력이 입력에 대해 리니어로 변화한 것에 비해, 좌측의 전압제어에서는 출력은 입력에 대해 지수 관수적으로 변화한 것을 볼 수 있습니다. 즉, 전압제어에서는 매우 미세한 입력 변화로 출력전류가 크게 변화하게 되어, 동작이 불안정해집니다.
예를 들어 우측 그래프에서는 입력전류가 40μA 에서 80μA 로 2배 변화하였을 때 출력전류는 9mA 에서 18mA 로 2배가 되지만, 좌측 그래프에서는 입력전압이 0.7V 에서 0.8V 로 불과 14% 만이 변화한 것만으로 출력전류가 10mA 에서 70mA 로 7배에 이르게 됩니다. 이로서는 입력전압에 미세한 노이즈가 침입한 것만으로 출력전류가 대폭 변화하게 되어, 실제 사용에는 적합하지 않습니다.
이와 같이 바이폴라 트랜지스터는 전류제어가 안정되므로, IC 의 전압출력을 베이스 전류로 변환하는데 입력저항 R1 이 필요합니다. 디지털 트랜지스터는 이 R1 을 내장하고 있으므로, 부품수나 스페이스 삭감에 적합합니다.
■저항 R2 에 대하여
ᆞ저항 R2 의 역할 : 리크 전류를 흡수하여 오동작을 방지한다.
저항 R2 는 입력측에서 들어오는 리크 전류나 노이즈 등을 GND로 떨어뜨려 트랜지스터의 오동작을 방지합니다.
미비한 전류라면 입력전류는 모두 GND 로 떨어지지만, 입력전류가 커지면 입력전류의 일부가 트랜지스터의 베이스로 유입하기 시작하여, 트랜지스터가 ON 이 됩니다.
입력전류가 작을 때는 모든 입력전류가 GND 로 떨어져, 트랜지스터는 ON 이 되지 않는다. (리크 전류 등으로 오동작 없음)
입력전류가 커지면, 입력전류의 일부가 베이스로 흘러들어가, 트랜지스터가 ON 이 된다. (통상 ON 상태)
디지털 트랜지스터 동작 시에는 내장 트랜지스터의 에미터 베이스 간 (EB 간) 의 순방향으로 베이스 전류가 흐르므로, EB 사이에는 순방향전압 (25℃ 에서 약 0.7V) 이 가해집니다. 디지털 트랜지스터는 내장 트랜지스터의 EB 사이와 저항 R2 가 병렬 접속되어 있으므로, R2 에도 같은 0.7V 가 인가됩니다. 따라서 R2 에는 IR2=0.7V/10KΩ=70μA 의 전류가 흐르게 됩니다.
입력전압 Vin 이 5V 인 경우, IN 단자의 전위가 5V 이고 내장 트랜지스터의 EB 간 전위차가 0.7V 이므로, 저항 R1 의 양단에는 5V - 0.7V = 4.3V 의 전압이 가해지게 됩니다. 따라서 R1 에는 IR1=4.3V/10KΩ = 430μA 의 전류가 흐르게 됩니다.
따라서 내장 트랜지스터의 베이스에는 430μA - 70μA = 360μA 의 전류가 흐르게 됩니다.
이와 같은 계산으로 내장 트랜지스터에 흐르는 베이스 전류를 산출할 수 있습니다. 디지털 트랜지스터를 충분히 ON 시키기 (=출력전압 Vo(on) 을 작게 한다) 위해서는 출력전류 Io 가 내장 트랜지스터에 들어가는 베이스 전류의 10~20배 정도 이하가 되도록 출력전류 : Io 나 입력전압 Vin 을 조정하십시오. 입력전압 Vin 이 모자라 충분한 출력전류가 흐르지 못할 경우, 입력저항 R1 이 작은 타입의 디지털 트랜지스터를 사용하십시오.
온도가 25℃ 의 경우 에미터 베이스 간 순방향전압은 약 0.7V 인데, 온도가 변화한 경우 순방향전압은 1℃ 상승할 때마다 약 2.2mV 감소하므로, 예를 들어 50℃ 의 경우 0.7V - (50℃ - 25℃) x 2.2mV = 0.645V 정도가 됩니다. 반대로 -40℃ 로 저하한 경우 0.7+ (25℃ - (-40℃)) x 2.2mV = 0.843V 정도가 됩니다. 이와 같이 온도에 따라서도 순방향전압 : VF 가 변화하므로 주의하십시오. 또 25℃ 에서의 순방향전압 0.7V 도 어디까지나 기준치입니다. ±0.1 정도 오차가 있을 수 있으므로 주의하십시오. 디지털 트랜지스터의 경우 내장 저항 R1, R2 에는 ±30% 정도의 편차가 있으므로 저항치가 최악인 경우를 감안하여 계산하십시오. 이와 같이 순방향전압이나 저항치에는 편차가 있으므로, 상기의 계산 방법은 어디까지나 기준임을 감안하십시오.
허용손실 (Pc) 은 주위온도 (Ta) 에 따라 경감 (derating) 할 필요가 있습니다. 아래 그래프에서 디지털 트랜지스터에 가해지는 전력을 주위온도에 따라 경감하십시오.
안전 동작 영역 (SOA) derating 도 필요하므로 자세한 내용은 "로옴의 트랜지스터를 안전하게 사용하기 위한 TR 사용 가능 여부 판단 방법" 을 참조하십시오. 또 전기적 특성으로는 예를 들어 바이폴라 트랜지스터 / 디지털 트랜지스터의 경우 입력전압 (VBE, VI(on), VI(off),) 과 hFE, GI는 온도에 따라 특성이 변동합니다. 전기적 특성 곡선 그래프에서 온도가 변화한 경우에도 동작에 문제가 없도록 설계하십시오. MOSFET 도 동일한 배려가 필요합니다.
