使用數位電晶體減少元件數量：製作簡單電路的第一步

Published by Deviceplus 編輯團隊 at 2023.01.18

內建電阻的數位電晶體

數位電晶體是一種在電晶體封裝中內建了電阻的電子元件。
為了透過微控制器板（例如Arduinos或Raspberry Pis）打開LED或操作繼電器，需要使用帶有電晶體和電阻的驅動電路（開關）。驅動電路很簡單，但是需要一個電阻來限制流過基極的電流。
由於電阻內建在數位電晶體中，因此可以直接用一個電晶體來構成一個驅動電路。

ROHM是世界上第一家開發出被稱為“數位電晶體”的半導體製造商。如今，其他公司也有出售這種產品的，稱為“電阻內建型電晶體”。為簡單起見，它有時被稱為“digi-tra”。

為什麼電晶體開關需要電阻

在說明數位電晶體的優點之前，我們先來快速瞭解一下為什麼電晶體需要電阻。電晶體有多種類型，但這裡我們只解釋雙極型電晶體的原理。

為了控制電晶體的ON/OFF，需要使電流透過基極。如果向基極施加電壓，就會有電流流通，但是如果這樣持續下去，負載電流會隨著電壓的增加呈指數增加，因此即使一個微小的電壓變動也會產生很大的影響。在最壞的情況下，電晶體或微控制器可能會損壞，或者可能會因少量靜電而發生故障，成為隱患。
因此，為了使雙極型電晶體穩定工作，需要在其基極上連接一個輸入電阻，以限制施加在基極上的電流。

參考：請告訴我數位電晶體（Digi-tra）背後的工作原理｜ROHM Co., Ltd.

如何使用數位電晶體

數位電晶體似乎是一個很簡單的電子元件—只是在電晶體中內建了一個電阻。但是當您親自進行嘗試時，就會開始發現它們的優點了。
使用數位電晶體有許多益處，包括“減小安裝尺寸（電路的小型化）”、“減少元件數量（降低安裝成本）”和“提升可靠性”。

舉一個數位電晶體發揮作用的例子，下面兩幅圖比較了製作LED照明電路時電路尺寸的變化過程。

使用普通電晶體的4個LED驅動電路示例。為限制基極電流而使用的電阻使元件佈局和佈線變得複雜

如果使用數位電晶體，可以省去電阻，減小電路規模，從而節省空間，減少佈線量，這意味著在同一區域內，可以增加更多功能，並減少接線故障的發生

使用普通電晶體，需要18根導線和20個電子元件，但如果換成數位電晶體，導線數量可減少到14根，電子元件數量可以減少到12個。因為減少了元件數量，將元件插入麵包板所需的工作量也會減少約30%。
減少佈線還能夠減少接觸不良和接線錯誤等相關問題的發生。這是一個麵包板的例子，但是在對實際產品的電路進行量產時，即使減少一個元件也會產生顯著的降低成本效果。如此一來，數位電晶體是可以輕鬆實現降低成本和提高電路可靠性的電子器件。

在電路圖中，通常用虛線包圍電晶體，並用符號表示電晶體和電阻被內建於一個電子器件中。電路圖上的元件編號由DT1，DT2……等表示。

如何選擇數位電晶體

數位電晶體因集電極電流和連接至基極的電阻的不同而分為不同類型。數位電晶體的選擇方法和確定使用普通電晶體作為開關時連接到基極的電阻的方法相同。（參考透過RasPi上的LED閃爍，更多瞭解歐姆定律、GPIO和電晶體｜DevicePlus一文中電阻的計算方法）
數位電晶體選擇工具可在ROHM的數位電晶體產品頁面上找到。如果輸入極性、電源電壓、輸入電壓、輸出電流四個參數，會自動選擇最合適的三級電晶體，所以如果您不確定該如何選擇，可以嘗試使用該方法。

數位電晶體選擇工具｜ROHM Co., Ltd.

數位電晶體總結

當您聽到“數位電晶體”這個詞時，可能會感覺比普通電晶體更複雜，但實際上它們只是用於開關工作的簡單電子元件，正如您所看到的那樣，這種器件其實非常易於使用。
甚至在麵包板電子套件中，使用數位電晶體也可以減少使用的元件數量以及接觸缺陷等問題。此外，使用該電子器件可以獲得很多好處，即使在小規模的電氣工作和工作驗證中也是如此。
對於經常使用電晶體實現開關工作的人來說，也非常推薦使用數位電晶體。