Цифровые транзисторы: особенности, применение и преимущества в электронных схемах

Что такое цифровой транзистор. Как он отличается от обычного транзистора. Почему цифровые транзисторы упрощают схемотехнику. Какие преимущества дает использование цифровых транзисторов. Как правильно выбрать цифровой транзистор для своего проекта.

Содержание

Что такое цифровой транзистор и чем он отличается от обычного

Цифровой транзистор представляет собой электронный компонент, в котором объединены биполярный транзистор и встроенные резисторы. В отличие от обычного транзистора, цифровой транзистор не требует использования внешних резисторов для ограничения базового тока.

Основные отличия цифрового транзистора от обычного:

Наличие встроенных резисторов (обычно двух) в корпусе транзистора
Упрощенная схема подключения — не требуются внешние резисторы
Компактные размеры за счет интеграции нескольких компонентов
Оптимизация для работы в ключевом режиме

Благодаря этим особенностям цифровые транзисторы позволяют значительно упростить схемотехнику и уменьшить количество компонентов на плате.

Принцип работы и внутреннее устройство цифрового транзистора

Внутренняя структура цифрового транзистора включает следующие элементы:

Биполярный транзистор (NPN или PNP типа)
Резистор R1 между базой и эмиттером
Резистор R2 между базой и входом (в некоторых моделях может отсутствовать)

Резистор R1 обеспечивает надежное запирание транзистора при отсутствии входного сигнала. Резистор R2 ограничивает ток базы при подаче входного сигнала. Таким образом, цифровой транзистор представляет собой готовую схему для работы в ключевом режиме.

Как происходит переключение цифрового транзистора?

При подаче логической единицы на вход ток через резистор R2 открывает транзистор. При подаче логического нуля резистор R1 надежно запирает транзистор. Это обеспечивает четкое переключение без необходимости расчета внешних цепей.

Преимущества использования цифровых транзисторов в электронных схемах

Применение цифровых транзисторов дает ряд существенных преимуществ при разработке электронных устройств:

Уменьшение количества компонентов на плате
Экономия места на печатной плате
Упрощение трассировки и монтажа
Повышение надежности за счет меньшего количества паяных соединений
Снижение стоимости производства
Уменьшение вероятности ошибок при монтаже

За счет этих факторов цифровые транзисторы позволяют создавать более компактные, надежные и недорогие устройства.

Области применения цифровых транзисторов

Цифровые транзисторы нашли широкое применение в различных областях электроники:

Схемы управления светодиодами
Интерфейсы для подключения реле и других исполнительных устройств
Драйверы для управления мощными нагрузками
Схемы согласования логических уровней
Входные и выходные каскады микроконтроллерных систем

Схемы управления двигателями

Особенно эффективно применение цифровых транзисторов в устройствах на базе Arduino, Raspberry Pi и других платформ, где требуется управление внешними нагрузками.

Как правильно выбрать цифровой транзистор для своего проекта

При выборе цифрового транзистора необходимо учитывать следующие параметры:

Тип проводимости (NPN или PNP)
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер
Максимальный ток коллектора
Значения встроенных резисторов
Входное напряжение для переключения
Тип корпуса

Важно выбирать транзистор с запасом по току и напряжению. Значения встроенных резисторов должны обеспечивать надежное переключение при заданном входном сигнале.

Инструменты для подбора цифровых транзисторов

Для упрощения выбора многие производители предлагают онлайн-инструменты подбора цифровых транзисторов. Например, компания ROHM предоставляет удобный селектор, где можно задать требуемые параметры и получить список подходящих моделей.

Сравнение цифровых транзисторов с альтернативными решениями

Цифровые транзисторы имеют ряд преимуществ по сравнению с альтернативными решениями:

По сравнению с обычными транзисторами: меньше компонентов, проще монтаж
По сравнению с оптронами: выше быстродействие, меньше габариты
По сравнению с полевыми транзисторами: проще управление, не требуют защиты от статики

При этом цифровые транзисторы уступают некоторым альтернативам по таким параметрам как максимальный ток, напряжение изоляции, скорость переключения. Выбор оптимального решения зависит от конкретной задачи.

Особенности применения цифровых транзисторов в схемах с микроконтроллерами

Цифровые транзисторы отлично подходят для работы с микроконтроллерами благодаря следующим факторам:

Совместимость с логическими уровнями микроконтроллеров
Простота подключения — не требуются дополнительные компоненты
Защита входов микроконтроллера от перегрузки по току
Возможность управления нагрузками с большим током потребления

При использовании цифровых транзисторов с микроконтроллерами важно учитывать максимальный выходной ток портов и выбирать транзисторы с подходящими параметрами встроенных резисторов.

Типовые схемы включения цифровых транзисторов

Рассмотрим несколько типовых схем с применением цифровых транзисторов:

Управление светодиодом

В этой схеме цифровой транзистор используется для включения/выключения светодиода по сигналу с микроконтроллера. Светодиод подключается между питанием и коллектором транзистора. Вход транзистора соединяется с выводом микроконтроллера.

Драйвер для реле

Цифровой транзистор может управлять катушкой реле. Реле подключается между питанием и коллектором. Для защиты от выбросов напряжения параллельно катушке ставится диод.

Согласование уровней

С помощью цифрового транзистора можно преобразовывать логические уровни, например, из 3.3В в 5В. Транзистор включается по схеме с общим эмиттером, в коллекторную цепь включается подтягивающий резистор к нужному напряжению.

Эти базовые схемы можно модифицировать под конкретные задачи, добавляя дополнительные элементы при необходимости.

Цифровой транзистор — Микроконтроллеры для всех

Для усиления сигнала с вывода микроконтроллера часто используют схемы на транзисторах. На рисунке ниже показана классическая схема усиления сигнала с вывода микроконтроллера для управления реле:

Резистор R1 предназначен для ограничения тока, протекающего через базу транзистора. В такой схеме транзистор работает в ключевом режиме, то есть он либо открыт, либо закрыт.

Резистор R2 предназначен для гарантированного запирания транзистора в том случае, когда на входе Vin отсутствует сигнал, то есть вывод микроконтроллера находится в состоянии с высоким входным сопротивлением.

Такое состояние появляется на всех выводах, когда микроконтроллер находится в состоянии сброса. А перейти в состояние сброса микроконтроллер может по разным причинам.

Например, если напряжение питания уходит ниже допустимой границы, то в микроконтроллере срабатывает система мониторинга питания и микроконтроллер переходит в состояние сброса.

Или если в системе предусмотрена кнопка сброса, то при ее нажатии микроконтроллер так же перейдет в состояние сброса и будет оставаться в этом состоянии, пока кнопка нажата.

В общем, в ответственных системах, резистором R2 пренебрегать не стоит.

В итоге получается, что для реализации простой классической схемы с усилением на транзисторе, работающим в ключевом режиме, нужно на плату устанавливать сразу 3 компонента: R1, R2 и VT1

А так как такая схема часто используется на практике, поэтому появились компоненты, которые совмещают в себе три компонента R1, R2 и VT1

Такой компонент получил название цифровой транзистор, хотя по-русски можно было бы назвать и сборкой с биполярным транзистором. В англоязычной литературе такие сборки так и называют digital transistor — цифровой транзистор. Иногда в скобках в документации уточняется with built-in resistors.

В некоторых моделях резистора R2 может не быть. А вместо биполярного транзистора может применяться полевой.

На схемах цифровые транзисторы чаще всего обозначаются как совмещенные в одном корпусе компоненты:

Я с некоторых пор начал очень часто использовать цифровые транзисторы для управления различными нагрузками, которые допускают управление в ключевом режиме, то есть в режиме включено/выключено.

При использовании цифровых транзисторов схема подключения и количество используемых компонентов уменьшается, а надежность увеличивается.

Подключение реле с использованием цифрового транзистора

Мой любимый цифровой транзистор это биполярный DTD114EK
структуры npn.

Транзистор может работать с напряжениями до 50В и током нагрузки до 500 мА. Идеально подходит для подключения к микроконтроллерам с рабочим напряжениями от 3 до 5 В.

Транзистор выпускается только в SMD корпусе. Корпус SOT-346. Такой корпус по размеру чуть больше корпуса SOT-23. Это нужно учесть при разработке печатной платы.

На рисунке ниже слева впаян транзистор DTD114EK в корпусе SOT-346, а справа для примера я приложил транзистор BC817 в корпусе SOT-23, что бы были видны различия в размерах корпусов.

Слева DTD114EK, справа BC817

На aliexpress его можно найти по запросу DTD114EK. Обычно продаются лоты по 100 штук за $5.

Документацию на DTD114EK можно скачать по этой ссылке

SOT-23 SOT-323 SOT-523 TO-92 — Semtech

Постоянная рассеиваемая мощность PD, W

-0,2 1
0,1 20
0,125 1
0,15 8
0,2 208
0,3 2

Выходной ток IO, A

-0,05 2
-0,1 52
-0,3 12
-0,8 12
0,1 133
0,3 12
0,5 1
0,6 4
0,8 12

Выходное напряжение Vo, V

-5 70
5 133
10 29

Сопротивление R1, KΩ

0,51 2
1 25
2,2 44

3,3 1
4,7 53
10 48
11 1
13 2
22 25
47 30
100 9

Полярность

NPN 129
PNP 111

Цоколевка Распиновка

BEC 179
ECB 54

Тип корпуса Корпус

SOT-23 105
SOT-323 45
SOT-523 29
TO-92 61

☑

Показать колонки

☑ Показать колонки

VRWM, V

Закрыть

h_FE: Усиление на постоянном токе в схеме с общим эмиттером DC current gain, common emitter
V_O: Выходное напряжение Output voltage
I_O: Выходной ток Output current
P_D: Номинальная мощность Continuous power
f_t: Произведение усиления по току на полосу частот Current Gain Bandwidth Product
f_t: Выходной ток Output current

Первый шаг простой схемы

При управлении светодиодами и двигателями с помощью Arduinos и Raspberry Pi вам потребуется использовать схемы привода, в которых используются резисторы и транзисторы. Для схемных экспериментов удобно свободно комбинировать резисторы и транзисторы, но при изготовлении крупногабаритных схем с полноценными комплектами электроники идеально уменьшить количество деталей, чтобы не вызвать дефектов или ошибок контактов.
Теперь мы представляем «цифровой транзистор», который может уменьшить количество используемых электронных компонентов, чтобы повысить надежность и снизить стоимость.

Содержание

‧ Цифровой транзистор со встроенным резистором
‧ Зачем транзисторным переключателям нужны резисторы
‧ Как использовать цифровые транзисторы
‧ Как выбрать цифровой транзистор
‧ Сводка цифровых транзисторов

Цифровой транзистор со встроенным входной резистор

Цифровой транзистор — это электронный компонент, в корпус транзистора которого встроен резистор.
Для включения светодиодов и работы реле с платами микроконтроллеров, таких как Arduinos или Raspberry Pis, требуется схема привода (переключатель) с использованием транзисторов и резисторов. Схема возбуждения проста, но требует резистора, который ограничивает ток, протекающий через базу.
Поскольку резистор встроен в цифровой транзистор, схема управления может быть выполнена с одним транзистором.

ROHM были первой компанией в мире, разработавшей электронный компонент, известный как цифровой транзистор. Сегодня он продается и другими компаниями под названием «резисторный встроенный транзистор». Сокращенно его иногда называют «диги-тра».

Зачем транзисторным переключателям нужны резисторы

Прежде чем объяснять привлекательность цифровых транзисторов, давайте кратко рассмотрим, зачем транзисторам нужны резисторы. Существует несколько типов транзисторов, но здесь мы объясним использование биполярных транзисторов.

Необходимо пропускать ток через базу для управления включением/выключением транзистора. Если к базе приложить напряжение, ток будет течь, но если оставить все как есть, ток нагрузки будет увеличиваться экспоненциально по мере увеличения напряжения, поэтому даже незначительное изменение напряжения значительно изменит работу. В худшем случае транзистор или микроконтроллер могут быть повреждены или могут выйти из строя из-за небольшого количества статического электричества, что приведет к проблемам.
Следовательно, чтобы биполярный транзистор работал устойчиво, к его базе необходимо подключить входной резистор, ограничивающий ток, подаваемый на базу.

Ссылка: Пожалуйста, расскажите мне об основных идеях цифровых транзисторов (Digi-tra). ｜ROHM Co., Ltd.

Как использовать цифровые транзисторы

Цифровой транзистор может показаться простым электронным компонентом со встроенным в транзистор резистором, но когда вы попробуете их сами, вы начнете видеть их достоинства.
При использовании цифровых транзисторов можно ожидать различных преимуществ, включая «уменьшение монтажной площади (миниатюризация схемы)», «уменьшение количества деталей (снижение стоимости монтажа)» и « повышение надежности».

В качестве примера цифровых транзисторов в действии на двух рисунках ниже показано, насколько изменяется размер схемы при создании схемы светодиодного освещения.

Пример схемы управления 4 светодиодами на обычных транзисторах. Сопротивление, ограничивающее ток в базе, усложняет размещение и разводку электронных компонентов.

Если используется цифровой транзистор, сопротивление можно не указывать и уменьшить масштаб схемы. Следовательно, экономится место и уменьшается количество проводки, а это означает, что количество функций в одной и той же области может быть увеличено, а количество проблем с проводкой может быть уменьшено.

У обычного транзистора 18 проводов и 20 электронных компонентов, но если заменить его цифровым транзистором, то количество проводов можно уменьшить до 14, а количество электронных компонентов до 12. За счет уменьшения количества деталей , объем работы, необходимой для вставки компонентов в макетную плату, также сокращается примерно на 30 %.
Уменьшение количества проводов также снижает количество проблем, связанных с плохим контактом и ошибками. Это пример макетной платы, но в схемах массового производства, которые включаются в реальные продукты, даже уменьшение количества компонентов может иметь значительный эффект снижения затрат. Таким образом, цифровые транзисторы представляют собой электронные компоненты, с помощью которых можно легко добиться снижения стоимости и повышения надежности схемы.

На принципиальной схеме цифровой транзистор обычно заключают в пунктирную линию и используют символ, указывающий, что транзистор и резистор встроены в один электронный компонент. Номера деталей на принципиальной схеме обозначены DT1, DT2, … и т. д.

Как выбрать цифровой транзистор

Существуют различные варианты цифровых транзисторов в зависимости от тока коллектора и сопротивления, подключенного к базе. Процесс выбора цифровых транзисторов аналогичен процессу выбора для определения сопротивления соединения с базой при использовании обычного транзистора в качестве переключателя. (См. метод расчета сопротивления, мигающий светодиод на RasPi, закон Ома / GPIO / Узнайте больше о транзисторах｜DevicePlus.)
Инструмент выбора цифрового транзистора доступен на странице цифровых транзисторов ROHM. Если вы введете четыре параметра полярности, напряжения питания, входного напряжения и выходного тока, оптимальный транзистор будет выбран автоматически, поэтому, если вы не уверены в выборе деталей, попробуйте использовать его.

Инструмент выбора цифрового транзистора｜ROHM Co., Ltd.

Краткое описание цифровых транзисторов

Когда вы слышите термин «цифровой транзистор», он может показаться более сложным, чем обычный транзистор, но на самом деле это просто используемые электронные компоненты для работы переключателя, и, как вы можете видеть, они на самом деле очень просты и удобны в использовании.
Даже в комплектах электроники на макетных платах использование цифровых транзисторов может уменьшить количество используемых деталей и уменьшить такие проблемы, как дефекты контактов. Кроме того, они являются электронными компонентами, которые обеспечивают большие преимущества даже при мелкомасштабной электронной работе и проверке работы.
Также рекомендуется иметь под рукой цифровые транзисторы тем, кто часто использует транзисторы для работы переключателей.

Посетите нас в социальных сетях

Цифровые транзисторы (BRT)

Резисторные транзисторы смещения (BRT) со встроенным смещением, предназначенные для замены одного устройства и его внешней цепи смещения резисторов.

Рекомендуемые продукты

PRT+ Войдите в свою учетную запись onsemi, чтобы просмотреть избранные Сохраненные фильтры .
Зарегистрируйтесь сейчас
Инвертировать значение диапазона
Инвертировать значение диапазона
Инвертировать значение диапазона
Инвертировать значение диапазона
Инвертировать значение диапазона
Инвертировать значение диапазона
Значение диапазона инвертуи
Значение диапазона инвертирования
Значение диапазона инверта
Загрузка …
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
.
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-1
3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
Infinity
SC-75-3
.
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
0.0468
0002 SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Более подробная информация
Active
SC-75-3
Более подробная информация
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC SC. -75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Последние поставки
SC-75-3
Более подробная информация
Последние поставки
SOT-723-3
БОЛЬШЕ. -75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Активный
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Более подробная информация
Active
SOT-723-3
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Active
SOT-723-3
Подробнее
Active
SC-75-3
Подробнее
Загрузка .