發布日期：2022-10-09 點擊率：211
晶體管開關電路（工作在飽和態）在現代電路設計應用中屢見不鮮，經典的74LS，74ALS等集成電路內部都使用了晶體管開關電路，只是驅動能力一般而已。
TTL晶體管開關電路按驅動能力分為小信號開關電路和功率開關電路；按晶體管連接方式分為發射極接地（PNP晶體管發射極接電源）和射級跟隨開關電路。
發射極接地開關電路
1．1 NPN型和PNP型基本開關原理圖：
上面的基本電路離實際設計電路還有些距離：由于晶體管基極電荷存儲積累效應使晶體管從導通到斷開有一個過渡過程（當晶體管斷開時，由于R1的存在，減慢了基極電荷的釋放，所以Ic不會馬上變為零）。也就是說發射極接地型開關電路存在關斷時間，不能直接應用于中高頻開關。
1．2 實用的NPN型和PNP型開關原理圖1（添加加速電容）
解釋：當晶體管突然導通（IN信號突然發生跳變），C1瞬間短路，為三極管快速提供基極電流，這樣加速了晶體管的導通。當晶體管突然關斷（IN信號突然發生跳變），C1也瞬間導通，為卸放基極電荷提供一條低阻通道，這樣加速了晶體管的關斷。C通常取值幾十到幾百皮法。電路中R2是為了保證沒有IN輸入高電平時三極管保持關斷狀態；R4是為了保證沒有IN輸入低電平時三極管保持關斷狀態。R1和R3是基極電流限流用。
1．3 實用的NPN型開關原理圖2（消特基二極管鉗位）
解釋：由于消特基二極管Vf為0．2至0．4V比Vbe小，所以當晶體管導通后大部分的基極電流是從二極管然后通過三極管到地的，這樣流到三極管基極的電流就很小，積累起來的電荷也少，當晶體管關斷（IN信號突然發生跳變）時需要卸放的電荷少，關斷自然就快。
1．4 實際電路設計
在實際電路設計中需要考慮三極管Vceo，Vcbo等滿足耐壓，三極管滿足集電極功耗；通過負載電流和hfe（取三極管最小hfe來計算）計算基極電阻（要為基極電流留0．5至1倍的余量）。注意消特基二極管反向耐壓。
三極管開關電路設計
三極管除了可以當做交流信號放大器之外，也可以做為開關之用。嚴格說起來，三極管與一般的機械接點式開關在動作上并不完全相同，但是它卻具有一些機械式開關所沒有的特點。圖1所示，即為三極管電子開關的基本電路圖。
由下圖可知，負載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上，
圖1基本的三極管開關
輸入電壓Vin則控制三極管開關的開啟（open）與閉合（closed）動作，當三極管呈開啟狀態時，負載電流便被阻斷，反之，當三極管呈閉合狀態時，電流便可以流通。詳細的說，當Vin為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負載亦沒有電流，而相當于開關的開啟，此時三極管乃勝作于截止（cutoff）區。
同理，當Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負載回路便被導通，而相當于開關的閉合，此時三極管乃勝作于飽和區（saturation）。838電子
1、三極管開關電路的分析設計
由于對硅三極管而言，其基射極接面之正向偏壓值約為0．6伏特，因此欲使三極管截止，Vin必須低于0．6伏特，以使三極管的基極電流為零。通常在設計時，為了可以更確定三極管必處于截止狀態起見，往往使Vin值低于0．3伏特。（838電子資源）當然輸入電壓愈接近零伏特便愈能保證三極管開關必處于截止狀態。欲將電流傳送到負載上，則三極管的集電極與射極必須短路，就像機械開關的閉合動作一樣。欲如此就必須使Vin達到夠高的準位，以驅動三極管使其進入飽和工作區工作，三極管呈飽和狀態時，集電極電流相當大，幾乎使得整個電源電壓Vcc均跨在負載電阻上，如此則VcE便接近于0，而使三極管的集電極和射極幾乎呈短路。在理想狀況下，根據奧姆定律三極管呈飽和時，其集電極電流應該為﹕
因此，基極電流最少應為：
上式表出了IC和IB之間的基本關系，式中的β值代表三極管的直流電流增益，對某些三極管而言，其交流β值和直流β值之間，有著甚大的差異。欲使開關閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過或等于（式1）式所要求的最低基極電流值。由于基極回路只是一個電阻和基射極接面的串聯電路，故Vin可由下式來求解﹕
一旦基極電壓超過或等于（式2）式所求得的數值，三極管便導通，使全部的供應電壓均跨在負載電阻上，而完成了開關的閉合動作。
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