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抵抗内蔵型トランジスター(BRT)の選択方法

図-1 基本回路図
図-1 基本回路図

抵抗内蔵型トランジスターはスイッチとして使用されることがほとんどです。ここではスイッチで使用することを前提に説明します。
スイッチの機能として考慮しなければならない項目は以下です。

①    前段制御回路との整合(NPNとPNP)
②    制御信号で確実にON/OFFする (“VI(ON)”電圧、“VI(OFF)”電圧)
③    オン時に必要な電圧を得ることができる(オンしたときにコレクター・エミッター間の電圧降下を小さくしたい)
④    オンまたはオフへ移行する時間を短く(スイッチングスピードを早くしたい)

上記の内容をNPN BRT を使用した図-1 基本回路図を用いて説明します。点線内がBRTになります。制御信号としてVI 、電源電圧をVCC、負荷を含むプルアップ抵抗をRLとします。

①前段制御回路との整合(NPNとPNP)

BRTの前段回路によってNPN/PNPを使い分けます。入力前段の回路にHi-Zの状態があり、このときプルダウンになっているのであればNPN、プルアップであればPNPを使用します。前段の出力がハイインピーダンスのとき、プルアップ抵抗とBRTの内蔵抵抗による中点電位により誤動作する可能性があります。
プルアップ・プルダウンの抵抗が無い場合は、どちらでも使用可能です。後段の回路の仕様などにより決定ください。
(例えば後段の回路がイニシャル状態で“H”が必要ならばNPN、“L”が必要ならばPNPを選択してください)
図-3のように複数のBRTを並列に接続する場合、NPNとPNPを混在させると各々の内蔵抵抗により中点電位が発生し誤動作します。

図-2 前段の回路がプルアップ
図-2 前段の回路がプルアップ
図-3 並列にNPNとPNPを接続
図-3 並列にNPNとPNPを接続

②制御信号で確実にオン/オフする

オンに対してはVI(ON)のMax電圧より高く、オフに対してはVI(OFF)のMin電圧より低く設定ください。但し、規格値は25℃で規定しています。ご使用の環境に合わせて余裕を持った設計をしてください。詳細については、以下FAQをご参照ください。

FAQ:抵抗内蔵型トランジスター(BRT)がオン、オフする電圧は?

③オン時に必要な電圧を得ることができる(オンしたときにコレクター・エミッター間の電圧降下を小さくしたい)

NPNトランジスターは飽和領域でオンすることにより、外部抵抗RLとコレクター電流ICによりコレクターの電圧が降下しGNDレベルになります。ただし実際には、コレクターとGND (エミッター) 間にはVCE(sat)と言われる電圧があります。この電圧はベース電流IBを増加させることにより低減できます。
Ibの式から、Ibを多く流せるBRTの条件としては、以下の2点になります。
Ib = IB – IR2 = ( VI –Vbe ) / R1 – Vbe / R2
1.R1が小さい
2.R2が大きい 
抵抗比率(R1/R2)の小さい製品と言うことではなくR1の値の小さな製品を選択する必要があります。これらの製品を選択することにより同一の入力電圧 VIでより多くのベース電流を流し込むことが可能になります。
入力電圧の詳細については、以下FAQをご参照ください。

FAQ:抵抗内蔵型トランジスター(BRT)のオン時に必要な電圧を得ることができる(オンしたときにコレクター・エミッター間の電圧降下を小さくしたい)

④オンまたはオフへ移行する時間を短くする(スイッチングスピードを早くしたい)

以下の2点を考慮して選択してください。詳細については、以下FAQをご参照ください。

FAQ:抵抗内蔵型トランジスター(BRT)のスイッチングスピードを速くしたい

a) 必要以上に飽和を深くしない

トランジスターのオン時では、Ibの電流をR1とR2で制限しています。この電流を抑えることでトランジスターの飽和の深さを制御します。従って、抵抗R1の抵抗値のが高く、R2の抵抗値が低い製品を選択します。
b) 過剰キャリアの放出経路のインピーダンスを低くする
前段の回路の形式によって少し変わりますが、R2が放電の主経路になりますので、R2の低い製品を選択する。

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