三极管开关电路
三极管开关电路
三极管开关电路设计三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以作为开关用。
严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。
图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。
图1 基本的三极管开关由上图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极（c极）与电源之间，而位居三极管主电流的回路上，输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断。
反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。
详细地说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管工作于截止(cut off)区。
同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管工作于于饱和区(saturation)。
一、三极管开关电路的分析设计因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。
通常在设计时，为了令三极管必定处于截止状态，往往使Vin值低于 0.3伏特。
当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。
欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。
因此必须使Vin达到足够高的电位，以驱动三极管进入饱和工作区工作。
三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则Vce便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。
在理想状况下，根据欧姆定律，三极管呈饱和时，其集电极电流应该为﹕因此，基极电流最少应为：(式1)上式表出了IC和IB之间的基本关系，式中的β值代表三极管的直流电流增益，对某些三极管而言，其交流β值和直流β值之间，有着甚大的差异。
欲使开关闭合，则其Vin值必须够高，以送出超过或等于(式1) 式所要求的最低基极电流值。
三极管开关电路 设计
三极管开关电路设计三极管开关电路设计引言：三极管是一种重要的电子元件，广泛应用于各种电路中。
其中，三极管开关电路具有重要的应用价值。
本文将介绍三极管开关电路的设计原理、特点以及应用领域。
一、设计原理三极管开关电路是利用三极管的放大特性和开关特性来实现电路的开关控制。
其基本原理是通过控制输入信号的大小，来控制三极管的工作状态，从而实现电路的开关功能。
设计步骤：1. 确定输入信号的大小和形式：根据所需的控制功能，确定输入信号的大小和形式，可以是直流电压或者脉冲信号。
2. 选择三极管型号：根据输入信号的大小和工作频率，选择合适的三极管型号，确保其具有足够的放大能力和开关速度。
3. 确定电路拓扑结构：根据具体需求，选择合适的电路拓扑结构，常见的有共射、共基和共集等。
4. 确定电路参数：根据三极管的数据手册和电路设计要求，确定电路的各种参数，如电阻、电容等。
5. 进行电路仿真：利用电路仿真软件进行电路仿真，验证电路设计的正确性和稳定性。
6. 进行实际电路搭建：根据仿真结果，进行实际电路的搭建，确保电路能够正常工作。
7. 进行测试和调试：对实际搭建的电路进行测试和调试，确保电路的性能符合设计要求。
二、特点三极管开关电路具有以下特点：1. 响应速度快：三极管具有较高的开关速度，可以实现快速的开关控制。
2. 控制灵活：通过改变输入信号的大小和形式，可以实现对电路的灵活控制。
3. 放大能力强：三极管具有较高的放大能力，可以放大输入信号的幅度。
4. 体积小：由于三极管本身体积小，因此三极管开关电路可以实现紧凑的设计。
三、应用领域三极管开关电路广泛应用于各个领域，以下是几个常见的应用领域：1. 电源开关：三极管开关电路可以用于电源开关控制，实现对电源的高效开关和调节。
2. LED驱动：三极管开关电路可以用于LED灯的驱动控制，实现对LED灯的亮度调节和开关控制。
3. 电机控制：三极管开关电路可以用于电机的控制，实现对电机的启停和速度调节。
三极管开关电路设计
三极管开关电路设计三极管是一种常用的电子器件，在电路设计中起着重要作用。
在设计开关电路时，三极管也可以用来实现信号放大和信号切换的功能。
本文将从开关电路的基本原理、三极管的工作原理和开关电路的设计要点几个方面进行详细介绍，以期帮助读者正确理解开关电路的设计原则和方法。
一、开关电路的基本原理开关电路是一种可以将电流或电压切换的电路，它通常由电源、开关和负载三部分组成。
当开关处于打开状态时，电流或电压可以通过负载，从而完成电路的通路；当开关处于关闭状态时，电流或电压无法通过负载，从而切断电路。
可以通过对开关的控制，实现电路的开关动作。
二、三极管的工作原理三极管是一种受控器件，它包含三个电极：发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
三极管的工作原理可以用两个PN结的导电性改变来解释。
当在基极-发射极间施加正向电压时，PN结的导电性将会改变，从而使电流从基极流向发射极。
这时，三极管处于饱和区，可以将电流从集电极流向负载，起到放大信号的作用。
当在基极-发射极间施加反向电压时，PN结间的阻断作用使得三极管不导电，这时，三极管处于截止区，电流无法从集电极流向负载，起到切断信号的作用。
三、开关电路设计要点1.选择适当的三极管。
在设计开关电路时，应根据实际需求选择适当的三极管。
一般来说，NPN型三极管适用于负载为正电压的电路，PNP型三极管适用于负载为负电压的电路。
此外，还需考虑三极管的最大功耗和最大电流等参数。
2.设置合适的电阻。
在三极管的基极和发射极之间设置一个合适的电阻，可以限制三极管的基极电流，避免损坏。
电阻的数值可以通过欧姆定律计算得出。
3.设置合适的输入信号电平。
在应用中，要合理设置输入信号的电平，以保证三极管工作在合适的工作区间。
若输入信号电平过低，可能无法使三极管完全饱和，导致开关电路不能正常工作；若输入信号电平过高，可能导致三极管工作在超过其额定电流和功耗的极限，从而缩短其使用寿命。
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程晶体三极管是一种重要的半导体器件，常用于电子学中的开关和放大电路中。
它具有高频特性、低噪声以及较高的放大能力，因此被广泛应用于各种电子设备中。
下面我们来详细了解晶体三极管在开关电路和放大电路中的工作原理和过程。
一、晶体三极管的基本结构及工作原理晶体三极管由发射极、基极和集电极组成，通过控制发射极电流来实现对集电极电流的调控。
当在基极端加上一个小信号电压时，将使发射极与基极之间的耗尽层宽度发生变化，进而改变发射极电流，从而达到放大电压信号的目的。
1. 晶体三极管在开关电路中的工作过程晶体三极管可以作为一个二极管开关，用来控制电路的通断。
当在基极端加上一个正电压时，将使发射极-基极间的耗尽层封锁，导通电流，此时处于导通状态；当在基极端加上一个反向偏置电压时，将使发射极-基极间的耗尽层扩大，截至电流，此时处于截至状态。
晶体三极管可以根据基极端的输入信号来控制电路的开关状态。
2. 晶体三极管在放大电路中的工作过程晶体三极管可以作为放大器使用，用来放大小信号电压。
在放大电路中，通过在基极端施加一个交流信号电压，使得发射极-基极之间的电流产生相应变化，从而得到经放大的输出信号。
晶体三极管的放大能力由其电流放大倍数β来决定，β值越大，放大能力越强。
二、晶体三极管的开关电路和放大电路设计1. 晶体三极管开关电路设计晶体三极管开关电路常用于数字电路中，可以实现逻辑门、计数器等功能。
设计开关电路时需要合理选择电阻、电容等元件参数，以保证电路的稳定性和可靠性。
还需要注意控制信号的功率和频率范围，以满足具体应用的需求。
2. 晶体三极管放大电路设计晶体三极管放大电路常用于模拟电路中，可以实现音频放大、射频放大等功能。
设计放大电路时需要考虑输入输出阻抗的匹配、电压和电流的偏置设置、负载电阻的选择等因素，以提高电路的放大性能和线性度。
三、晶体三极管在实际电路中的应用晶体三极管广泛应用于各种电子设备中，如放大器、收音机、电视机、电脑等。
三极管开关电路分析及Rb计算
1.输入电压Vi n，输入电阻Ri n，三极管导通电压取0.6V，三极管电流放大倍数是B，输出电阻(在C极的电阻)是Rout。
这样很好计算了：5V / Rout = A，A /B = C，所以C是你最小的基极电流。
如果你的输入电压Vin也用5V，那么(5 - 0.6)/C = Rin，你就可以选R in了，为使三极管可靠饱和，选(5 - 0.6)/Rin > C就可以了。
2.先求I先求I c=Vc/Rc Ib=Ic/B 基极电阻Rb=(Vb-Vbe)/Ibc=Vc/Rc Ib=Ic/B 基极电阻Rb=(Vb-Vbe)/Ib举例：已知条件：输入Vi=5V，电源电压Vc c=5V，三极管直流放大系数be ta=10.查规格书得，集-射饱和电压V cesat=0.2V，此时集电极电流Ic=10mA（或其它值），则集电极电阻Rc=（Vcc-Vcesat）/Ic = （5-0.2）/10 = 480 欧。
则Ib=Ic/beta=10/10=1 mA，基极限流电阻Rb=（Vi-Vbe）/Ib=（5-0.6）/1=4.4K，取为4.2K。
这时要注意，输入高电平为5V是理想情况，有可能在2.5V（输入的一半）以上就为高了，这时我们以5V输入而得到的基极电流很可能不够，因此要重新计算。
以2.5V 为逻辑电平的阈值来计算，则Rb==（Vi-Vbe）/Ib=（2.5-0.6）/1=1.9K，取为1.8K，或2K。
如何使三极管工作于开关状态?晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状态。
晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区,如图4.2.1(b)所示。
如果要使晶体三极管工作于开关的接通状态，就应该使之工作于饱和区；要使晶体三极管工作于开关的断开状态，就应该使之工作于截止区，发射极电流iE=0，这时晶体三极管处于截止状态，相当于开关断开。
三极管开关电路图
三极管开关电路图
vin无输入电位Q1截止。
Vin高电平时Q1导通，Q2基极
得高电位，Q2截止。
图2两只NPN三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止，Q2导通。
Vin接入高电平Q1导通，促使Q2基极电位下级，Q2截止。
图3 PNP三极管开关电路当输入端悬空时Q1截止。
VIN输入端接入低电平时，Q1导通, 继电器吸合。
图1 NPN PNP三极管反相器电路
图
4 PNP三极管开关电路
当vin无输入电位时Q1截止。
Vin接入高电平Q1导通，继电器吸合。
图5三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q导通，因E-C导通，又因有负载电阻，所以输
出看作是低电平。
图6三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q导通，因E-C导通，又因有负载电阻，所以输
出看作是高电平。
图7光藕控制NPN三极管。
冷
图8光藕控制NPN三极管。
图9光藕控制PNP三极管。
图10光藕控制PNP三极管。
电路中的三极管与开关电路
电路中的三极管与开关电路电子技术的发展使得电路设计变得更加复杂和灵活。
三极管作为一种重要的电子元件，广泛应用于开关电路中，起到了关键的作用。
在本文中，我们将探讨三极管的原理和开关电路的应用。
首先，让我们来了解一下三极管的工作原理。
三极管是一种半导体器件，包含三个电极：发射端（E）、基极（B）和集电端（C）。
它的基本功能是放大和开关信号。
三极管内部的PN结构决定了它所具有的特性。
在一个典型的NPN型三极管中，当基极与发射端之间的电压为正时，基极发射结处于正偏置状态，电流通过管子，从而使集电端输出一个较大的电流。
这时，三极管处于饱和区，相当于开启了一个电流通路。
相反，当基极与发射端之间的电压为负时，基极发射结处于反偏置状态，电流无法通过三极管。
这时，三极管处于截止区，相当于关闭了电流通路。
基于这种特性，我们可以将三极管应用于开关电路中。
开关电路可以分为两种类型：单极性开关电路和双极性开关电路。
单极性开关电路中，三极管作为开关的控制元件。
以NPN型三极管为例，在这个电路中，三极管的集电端与负极相连，发射端与负极之间接入负载电阻。
当基极电压为高电平时，三极管处于饱和状态，负载电阻上有电流流过，电路通路闭合。
相反，当基极电压为低电平时，三极管处于截止状态，电路断开。
双极性开关电路中，三极管在两个极性电压下都可以工作，并且具有更高的灵活性和稳定性。
在这个电路中，使用PNP型三极管和NPN 型三极管组合，以实现开关的控制。
当NPN型三极管的基极电压为高电平时，PNP型三极管关断，负载电阻上无电流流过，电路断开。
相反，当NPN型三极管的基极电压为低电平时，PNP型三极管导通，电路通路闭合。
开关电路的应用非常广泛。
它可以用于自动控制系统、电源管理、信号调制等。
例如，在电源管理方面，开关电路可以用于增加效率和节省能源。
在自动控制系统中，开关电路可以实现自动开关设备和传感器的连接和断开，提高系统的灵活性和可靠性。
总之，三极管与开关电路的结合为电子技术的发展带来了巨大的推动力。
10种三极管驱动开关电路图
10种三极管开关驱动电路图
图1 NPN PNP三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止。Vin高电平时Q1导通，Q2基极得高电位，Q2截止。
图2两只NPN三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止,Q2导通。Vin接入高电平Q1导通，促使Q2基极电位下级,Q2截止。
图3 PNP三极管开关电路当输入端悬空时Q1截止。VIN输入端接入低电平时，Q1导通，继电器吸合。
图4 PNP三极管开关电路当vin无输入电位时Q1截止。Vin接入高电平Q1导通，继电器吸合。
图5三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q导通，因E-C导通，又因有负载电阻，所以输出看作是低电平。
图6三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q导通，因E-C导通，又因有负载电阻，所以输出看作是高电平。
图7光藕控制NPN三极管。
图8光藕控制NPN三极管。
图9光藕控制PNP三极管。
图10光藕控制PNP三极管。
三极管开关电路三极管开关电路
三极管开关电路-三极管开关电路三极管开关电路三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。
严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。
图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。
由下图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上。
输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。
详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管乃胜作于截止(cut off)区。
同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区(saturation)。
一、三极管开关电路的分析设计由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于伏特，以使三极管的基极电流为零。
通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于伏特。
(838电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。
欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。
欲如此就必须使Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE 便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。
在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为﹕因此，基极电流最少应为：上式表出了IC和IB之间的基本关系，式中的β值代表三极管的直流电流增益，对某些三极管而言，其交流β值和直流β值之间，有着甚大的差异。
NPN PNP三极管开关电路
图1 NPN PNP三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止。
Vin高电平时Q1导通，Q2基极得高电位，Q2截止。
图2 两只NPN三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止,Q2导接入高电平Q1导通，促使Q2基极电位下级,Q2截止。
图3 PNP三极管开关电路当输入端悬空时Q1截止。
VIN输入端接入低电平时，Q1导通，继电器吸合。
图4 PNP三极管开关电路当vin无输入电位时Q1截止。
Vin接入Q1导通，继电器吸合
图5 三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q 导通，因E-C 导通，又因有负载电阻，所以输出看作是低电平。
图6 三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q 导通，因E-C 导通，又载电阻，所以输出看作是高电平。
图7 光藕控制NPN 三极管： 图8 光藕控制NPN 三极管：
图9 光藕控制PNP三极管：图10 光藕控制PNP三极管：。
NPN PNP三极管开关电路
图1 NPN PNP三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止。
Vin高电平时Q1导通，Q2基极得高电位，Q2截止。
图2 两只NPN三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止,Q2导接入高电平Q1导通，促使Q2基极电位下级,Q2截止。
图3 PNP三极管开关电路当输入端悬空时Q1截止。
VIN输入端接入低电平时，Q1导通，继电器吸合。
图4 PNP三极管开关电路当vin无输入电位时Q1截止。
Vin接入Q1导通，继电器吸合
图5 三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q 导通，因E-C 导通，又因有负载电阻，所以输出看作是低电平。
图6 三极管上拉电阻：当有高电位输入时Q 导通，因E-C 导通，又载电阻，所以输出看作是高电平。
图7 光藕控制NPN 三极管： 图8 光藕控制NPN 三极管：
图9 光藕控制PNP三极管：图10 光藕控制PNP三极管：。
三极管的开关等效电路
02
三极管开关等效电路的参 数分析
输入电阻
输入电阻：指三极管输入端的等效电阻，它反映了三极 管对输入信号的阻碍作用。
在放大状态下，输入电阻通常较大，而在饱和或截止状 态下，输入电阻较小。
输入电阻的大小取决于三极管的材料、结构以及工作状 态。
输入电阻的大小对电路的性能和稳定性有重要影响。
输出电阻
01
输出电阻：指三极管输 出端的等效电阻，它反 映了三极管输出信号的 负载能力。
02
输出电阻的大小也取决 于三极管的材料、结构 以及工作状态。
03
在放大状态下，输出电 阻通常较小，而在饱和 或截止状态下，输出电 阻较大。
04
输出电阻的大小对电路 的输出信号幅度和稳定 性有重要影响。
开关时间
开关时间：指三极管从饱和状 态到截止状态，或从截止状态 到饱和状态转换所需的时间。
工艺改进
随着微电子制造工艺的不断发展，新型工艺技术如纳米加工、薄膜工艺等被应用于三极管制造中。这些新工艺能 够实现更精细的器件结构，提高三极管的开关速度和集成度，进一步优化三极管开关等效电路的性能。
三极管开关等效电路的应用拓展
通信领域
三极管开关等效电路在通信领域具有广泛应用，如无线通信、卫星通信等。随着5G、6G通信技术的发展，对高速、 高频、低功耗的电子器件需求增加，三极管开关等效电路将发挥重要作用。
三极管的开关控制精度受限于其制造工艺和 材料特性，难以实现高精度的控制。
可靠性问题
三极管在高温、高湿等恶劣环境下工作的可 靠性较低，容易出现性能退化和失效。
05
三极管开关等效电路的发 展趋势
新型三极管材料的研发
硅基材料
作为传统的半导体材料，硅基材料在三极管制造中占据主导地位。随着技术的进步，硅基材料的性能 不断提升，使得三极管开关等效电路的性能得到优化。
三极管的开关电路分析(12V—SW)
三极管的开关电路分析（12V—SW）
在这里做个小电路的分析，大家都可能用到，这里把模型分解一下，并介绍一下计算方法和各个元件的作用。
Q1：主开关，主要作用是提供12VSW电流，特点饱和时Vec必须很小，热阻不能太大。
Q2：副开关，主要作用是旁路Q1，在MCU置高电平时导通，ce拉低使Q1工作。
R1：保证MCU无输出的时候电路不工作。
R2：限制电流，给Q2一个工作电流。
C1：去除干扰，防止Q1意外导通。
下面是这个电路图的等效模型：
然后我们定义一下输出负载，假设有N个按键开关电路检测电路(ActiveLow)
经过以上分析我们可以列出所有公式：
这个时候我们可以看出，要想让这个电路处于良好的状态，两个开关管必须都处于饱和状态，一般要使得开关管饱和，Ic/Ib必须小于30.
因此我们必须求取方法倍数，其中Q1中的Vbatt和Ib和Ic同时是正向关系，必须求取各个参数的偏导求最大的放大系数。
这样就可以求得此时三极管的状态。
另外一个需要验证的就是温度情况，公式如下：
这个主要是验证散发功率的情况。
计算过程到此差不多了，在实际设计中，每个参数都是比较重要的，特别是在省电模式下，可能会打开电源后扫描接口电路，因此整个电路的响应时。
三极管开关电路图原理及设计详解
三极管开关电路图原理及设计详解
晶体管开关电路（工作在饱和态）在现代电路设计应用中屡见不鲜，经典的74LS，74ALS等集成电路内部都使用了晶体管开关电路，只是驱动能力一般而已。
TTL晶体管开关电路按驱动能力分为小信号开关电路和功率开关电路；按晶体管连接方式分为发射极接地（PNP晶体管发射极接电源）和射级跟随开关电路。
1. 发射极接地开关电路
1.1 NPN型和PNP型基本开关原理图：
NPN型和PNP型基本开关电路图
上面的基本电路离实际设计电路还有些距离：由于晶体管基极电荷存储积累效应使晶体管从导通到断开有一个过渡过程（当晶体管断开时，由于R1的存在，减慢了基极电荷的释放，所以Ic不会马上变为零）。
也就是说发射极接地型开关电路存在关断时间，不能直接
应用于中高频开关。
1.2 实用的NPN型和PNP型开关原理图。
三极管开关电路
三极管开关电路三极管开关原理图1 NPN 三极管共射极电路图2 共射极电路输出特性曲图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区(Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。
三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。
若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。
若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中(VBE = 0.7 V)，I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被IB 操控。
若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值，Ic<hFE IB 是必然的。
三极管在截止态时C-E 间如同断路，在饱和态时C-E 间如同通路(带有0.2 V 电位降)，因此可以作为开关。
控制此开关的是IB，也可以用VBB 作为控制的输入讯号。
图三、四分别显示三极管开关的通路、断路状态，及其对应的等效电路。
图3、截止态如同断路线图图4、饱和态如同通路实验：三极管的开关作用简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号VIN 从0 调到最大(等分为约20 个间隔)，观察并记录对的VOUT 以及LED 的亮度。
当三极管开关为断路时，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。
当三极管开关通路时，VOUT = 0.2V ，LED 会亮。
三级管无电平导通开关电路
三级管无电平导通开关电路三级管无电平导通开关电路我们来了解一下什么是三级管无电平导通开关电路。
这个概念中有几个关键词，我们逐一进行解析。
1. 三级管：三级管是指三极管，也叫做双极型晶体管，是一种常用的电子元件。
它由三个控制电极组成，分别是基极、发射极和集电极。
通过控制基极电流的大小，可以控制从发射极到集电极的电流的变化情况。
2. 无电平导通：无电平导通是指当控制电压小于某个阈值时，三级管不会导通。
只有当控制电压大于这个阈值时，三级管才会导通，形成电流路径。
3. 开关电路：开关电路是指通过控制开关的状态，可以将电路连接或断开，从而控制电流的流动。
在三级管无电平导通开关电路中，我们可以利用三级管的导通特性来实现电路的开关。
具体来说，当控制电压小于三级管的阈值时，三级管处于截止状态，电路断开，阻断电流的流动。
而当控制电压大于三级管的阈值时，三级管处于饱和状态，电路闭合，形成电流路径，导通电流。
那么，为什么我们需要使用三级管无电平导通开关电路呢？三级管无电平导通开关电路具有以下一些优点：1. 快速响应：三级管无电平导通开关电路的导通速度非常快，可以在微秒级别内实现开关的切换。
这使得它非常适合于一些需要快速开关的应用，如脉冲调制、计数器等。
2. 电路简单：相比于其他类型的开关电路，三级管无电平导通开关电路的电路结构相对简单，元器件数量较少。
这降低了电路的成本，并提高了整体的可靠性。
3. 功耗低：当三级管处于截止状态时，电路的功耗非常低，几乎可以忽略不计。
这使得三级管无电平导通开关电路非常适合于一些对功耗要求较低的场景，如电池供电的设备。
4. 可控性强：通过控制三级源无电平导通开关电路的控制电压，我们可以实现对电路的开关控制。
这使得电路的可控性更强，可以根据实际需求来调整电路的工作状态。
总结回顾：三级管无电平导通开关电路是一种利用三级管的导通特性实现电路开关的方法。
它具有快速响应、电路简单、功耗低和可控性强等优点。
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三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。
严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。
图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。
由下图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上。
Vcc團1基本的三极管开关输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open)与闭合(closed)动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。
详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管乃胜作于截止(cut off) 区。
同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区(saturati on) 。
一、三极管开关电路的分析设计由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。
通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于0.3伏特。
(838电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。
欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。
欲如此就必须使Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE便接近于0,而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。
在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为：因此，基极电流最少应为:I B （®和）二盘竺〉二上式表出了 IC 和IB 之间的基本关系，式中的B 值代表三极管的直流电流增益， 对某些三极管而言，其交流B 值和直流B 值之间，有着甚大的差异。
欲使开关 闭合，则其Vin值必须够高，以送出超过或等于（式1）式所要求的最低基极电 流值。
由于基极回路只是一个电阻和基射极接面的串联电路， 故Vin 可由下式来求解：W X I B ｛诧利臨+(16V一旦基极电压超过或等于（式2）式所求得的数值，三极管便导通，使全部的供 应电压均跨在负载电阻上，而完成了开关的闭合动作。
总而言之，三极管接成图1的电路之后，它的作用就和一只与负载相串联的机械 式开关一样，而其启闭开关的方式，则可以直接利用输入电压方便的控制，而不须采用机械式开关所常用的机械引动（mecha ni cal actuator ）、螺管柱塞 （solenoid plunger ） 或电驿电枢 （relay armature ） 等控制方式。
为了避免混淆起见，本文所介绍的三极管开关均采用 NPN 三极管，当然NPN 三极 管亦可以被当作开关来使用，只是比较不常见罢了。
例题1试解释出在图2的开关电路中，欲使开关闭合（三极管饱和）所须的输入电压为 何？并解释出此时之负载电流与基极电流值解：由 2式可知，在饱和状态下，所有的供电电压完全跨降于负载电阻上，因此VC£R LDVin=+0.6V~p^^ P R LD电）V cc 24VI 雅和尸瓦打腕皿A由方程式(1)可知 V cc _ 24V喇饱和产p Rll =(巧0)(1褪》=WmA因此输入电压可由下式求得:Vi 口二“他和）R B +0.6V=（10mA ）（1K ）+0.6V=10.6V24V图2用三极管做为灯泡开关由例题1-1得知，欲利用三极管开关来控制大到1.5A 的负载电流之启闭动作， 只须要利用甚小的控制电压和电流即可。
此外，三极管虽然流过大电流，却不须 要装上散热片，因为当负载电流流过时，三极管呈饱和状态，其 VCE 趋近于零，所以其电流和电压相乘的功率之非常小，根本不须要散热片。
二、三极管开关与机械式开关的比较截至目前为止，我们都假设当三极管开关导通时，其基极与射极之间是完全短路 的。
事实并非如此，没有任何三极管可以完全短路而使 VCE=0大多数的小信号硅质三极管在饱和时，VCE 饱和）值约为0.2伏特，纵使是专为开关应用而设计 的交换三极管，其VCE 饱和）值顶多也只能低到0.1伏特左右，而且负载电流 一高，VCE 饱和）值还会有些许的上升现象，虽然对大多数的分析计算而言， VCE 饱和）值可以不予考虑，= 15016Q但是在测试交换电路时，必须明白VCE饱和）值并非真的是0。
虽然VCE饱和）的电压很小，本身微不足道，但是若将几个三极管开关串接起来，其总和的压降效应就很可观了，不幸的是机械式的开关经常是采用串接的方式来工作的，如图3（a）所示，三极管开关无法模拟机械式开关的等效电路（如图3（b）所示）来工作，这是三极管开关的一大缺点。
（A）机械串联开关Q Q ©（B）三裱营串琨开关图3三极管开关与机械式开关电路幸好三极管开关虽然不适用于串接方式，却可以完美的适用于并接的工作方式，如图4所示者即为一例。
三极管开关和传统的机械式开关相较，具有下列四大优占. 八、、•图4三极管开关之并联联接(1)三极管开关不具有活动接点部份，因此不致有磨损之虑，可以使用无限多次，一般的机械式开关，由于接点磨损，顶多只能使用数百万次左右，而且其接点易受污损而影响工作，因此无法在脏乱的环境下运作，三极管开关既无接点又是密封的，因此无此顾虑。
(2)三极管开关的动作速度较一般的开关为快，一般开关的启闭时间是以毫秒(ms)来计算的，三极管开关则以微秒(卩s)计。
(3)三极管开关没有跃动(bounee)现象。
一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。
(4)利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，不致有火花产生。
反之，当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载样上的电流，因此电感之瞬间感应电压，将在接点上引起弧光，这种电弧非但会侵蚀接点的表面，亦可能造成干扰或危害。
三、三极管开关的测试三极管开关不像机械式开关可以光凭肉眼就判断出它目前的启闭状态，因此必须利用电表来加以测试。
在图5所示的标准三极管开关电路中，当开关导通时，VEC的读值应该为0,反之当开关切断时，VCE应对于VCC三极管开关在切断的状况下，由于负载上没有电流流过，因此也没有压降，所以全部的供应电压均跨降在开关的两端，因此其VCE值应等于VCC这和机械式开关是完全相同的。
如果开关本身应导通而未导通，那就得测试Vin的大小了。
欲保证三极管导通，其基极的Vin电压值就必须够高，如果Vin值过低，则问题就出自信号源而非三极管本身了。
假使在Vin的准位够高，驱动三极管导通绝无问题时，而负载却仍未导通，那就要测试电源电压是否正常了。
在导通的状态下，硅三极管的VBE值约为0.6伏特，假使Vin值够高，而VBE 值却高于和低于0.6伏特，例如VBE为1.5伏特或0.2伏特，这表示基射极接面可能已经损坏，必须将三极管换掉。
当然这一准则也未必百分之百正确，许多大电流额定的功率三极管，其VBE值经常是超过1伏特的，因此即使VBE的读值达到1.5伏特，也未必就能肯定三极管的接面损坏，这时候最好先查阅三极管规格表后再下断言。
一旦VBE正常且有基极电流流动时，便必须测试VCE fi，假使VCE趋近于VCC 就表示三极管的集基接面损坏，必须换掉三极管。
假使VCE趋近于零伏特，而负载仍未导通，这可能是负载本身有开路现象发生，因此必须检换负载。
VccR LDoe图5三极管开关电路，各主要测试电的电压图当Vin降为低电压准位，三极管理应截止而切断负载，如果负载仍旧未被切断, 那可能是三极管的集基极和集射极短路，必须加以置换。
第二节基本三极管开关之改进电路有时候，我们所设定的低电压准位未必就能使三极管开关截止，尤其当输入准位接近0.6伏特的时候更是如此。
想要克服这种临界状况，就必须采取修正步骤，以保证三极管必能截止。
图6就是针对这种状况所设计的两种常见之改良电路。
VccR IDRz-Vbb M图6确保三极管开关动作，正确的两种改良电路图6(a)的电路，在基射极间串接上一只二极管，因此使得可令基极电流导通的输入电压值提升了0.6伏特，如此即使Vin值由于信号源的误动作而接近0.6伏特时，亦不致使三极管导通，因此开关仍可处于截止状态。
图6(b)的电路加上了一只辅助-截止(hold-off) 电阻R2,适当的R1, R2及Vin值设计，可于临和R2形成一个串联分压电路，因此R1必跨过固定（随Vin而变）的分电压，所以基极电压必低于Vin值，因此即使Vin接近于临界值（Vin=0.6伏特），基极电压仍将受连接于负电源的辅助-截止电阻所拉下，使低于0.6伏特。
由于R1, R2及VBB值的刻意设计，只要Vin在高值的范围内，基极仍将有足够的电压值可使三极管导通，不致受到辅助-截止电阻的影响。
界输入电压时确保开关截止。
由图可知在基射极接面未导通前R1 加速电容器（speed-up capacitors）在要求快速切换动作的应用中，必须加快三极管开关的切换速度。
图7为一种常见的方式，此方法只须在RB电阻上并联一只加速电容器，如此当Vin由零电压往上升并开始送电流至基极时，电容器由于无法瞬间充电，故形同短路，然而此时却有瞬间的大电流由电容器流向基极，因此也就加快了开关导通的速度。
稍后, 待充电完毕后，电容就形同开路，而不影响三极管的正常工作。
图7加了加速电容器的电路一旦输入电压由高准位降回零电压准位时，电容器会在极短的时间内即令基射极接面变成反向偏压，而使三极管开关迅速切断，这是由于电容器的左端原已充电为正电压，如图6-9所示，因此在输入电压下降的瞬间，电容器两端的电压无法瞬间改变仍将维持于定值，故输入电压的下降立即使基极电压随之而下降，因此令基射极接面成为反向偏压，而迅速令三极管截止。
适当的选取加速电容值可使三极管开关的切换时间减低至几十分之微秒以下，大多数的加速电容值约为数百个微微法拉（pF）。
有时候三极管开关的负载并非直接加在集电极与电源之间，而是接成图8的方式，这种接法和小信号交流放大器的电路非常接近，只是少了一只输出耦合电容器而已。
这种接法和正常接法的动作恰好相反，当三极管截止时，负载获能，而当三极管导通时，负载反被切断，这两种电路的形式都是常见的，因此必须具有清晰的分辨能力。
VinR E图8将负载接于三极管开关电路的改进接法图腾式开关(Totem-pole switches)假使图8的三极管开关加上了电容性负载(假定其与RLD并联)，那么在三极管截止后，由于负载电压必须经由RC电阻对电容慢慢充电而建立，因此电容量或电阻值愈大，时间常数(RC)便愈大，而使得负载电压之上升速率愈慢，在某些应用中，这种现象是不容许的，因此必须采用图9的改良电路。