三极管开关电路设计详细过程
三极管工作在开关状态_电路设计
三极管开关电路设计
徐小龙2010.7.26
三极管的工作状态分为：截止区、放大区。
饱和区。
三极管工作在开关状态是在饱和区和截止区之间切换。
图1 测试原理图
图2 三极管共发射极输入特性曲线
图3 三极管共发射极输出特性曲线
由输出特性曲线可以看出，在截止区，三极管的电阻特别大；在饱和区，三极管的导通电阻非常小，一般有U CE<U BE。
管子不同，U CE不同，一般U CE=0.3V。
图4 开关原理图
要使三极管工作在开关状态，必须使发射结和集电结正篇。
工作临界条件是三级管临界于饱和状态。
在上述电路中，假设三极管工作在饱和状态，U CE 几乎为0。
I C = V CC / R C
I B = I C / ß
为临界条件。
一般I B在0.1~1mA之间。
为了让三极管可靠的截止，一般U BE < 0.5V，或者加负电压。
经过变换，可以把负载转移到R C，从而省略了R C。
用负载替换R C。
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：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1（添加加速电容）：解释：当晶体管突然导通（IN信号突然发生跳变），C1瞬间短路，为三极管快速提供基极电流，这样加速了晶体管的导通。
当晶体管突然关断（IN信号突然发生跳变），C1也瞬间导通，为卸放基极电荷提供一条低阻通道，这样加速了晶体管的关断。
C通常取值几十到几百皮法。
电路中R2是为了保证没有IN输入高电平时三极管保持关断状态；R4是为了保证没有IN输入低电平时三极管保持关断状态。
R1和R3是基极电流限流用。
1.3 实用的NPN型开关原理图2（消特基二极管钳位）：解释：由于消特基二极管Vf为0.2至0.4V比Vbe小，所以当晶体管导通后大部分的基极电流是从二极管然后通过三极管到地的，这样流到三极管基极的电流就很小，积累起来的电荷也少，当晶体管关断（IN信号突然发生跳变）时需要卸放的电荷少，关断自然就快。
1.4 实际电路设计在实际电路设计中需要考虑三极管Vceo,Vcbo等满足耐压，三极管满足集电极功耗；通过负载电流和hfe（取三极管最小hfe来计算）计算基极电阻（要为基极电流留0.5至1倍的余量）。
注意消特基二极管反向耐压。
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，也可以做为开关之用。
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7 光藕控制NPN三极管：图9 光藕控制PNP三极管：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8 光藕控制NPN三极管：图10 光藕控制PNP三极管：文案编辑词条B 添加义项?文案，原指放书的桌子，后来指在桌子上写字的人。
现在指的是公司或企业中从事文字工作的职位，就是以文字来表现已经制定的创意策略。
文案它不同于设计师用画面或其他手段的表现手法，它是一个与广告创意先后相继的表现的过程、发展的过程、深化的过程，多存在于广告公司，企业宣传，新闻策划等。
基本信息中文名称文案外文名称Copy目录1发展历程2主要工作3分类构成4基本要求5工作范围6文案写法7实际应用折叠编辑本段发展历程汉字"文案"(wén àn)是指古代官衙中掌管档案、负责起草文书的幕友,亦指官署中的公文、书信等;在现代，文案的称呼主要用在商业领域，其意义与中国古代所说的文案是有区别的。
在中国古代，文案亦作" 文按"。
公文案卷。
《北堂书钞》卷六八引《汉杂事》:"先是公府掾多不视事，但以文案为务。
"《晋书·桓温传》:"机务不可停废，常行文按宜为限日。
" 唐戴叔伦《答崔载华》诗:"文案日成堆，愁眉拽不开。
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详细过程
三极管开关电路设计详细过程1.确定电路需求和规格：首先需要确定电路的需求和规格。
例如，需要确定输人电压、输出电压、最大电流等参数。
这些参数将决定所选用的三极管和其他元件的性能和规格。
2.选择三极管：根据电路需求和规格，选择适合的三极管。
常用的三极管有NPN型和PNP型。
需要考虑的因素包括最大耐压、最大电流、放大系数等。
3.确定电路拓扑结构：根据需求选择适合的电路拓扑结构。
常用的三极管开关电路拓扑结构有共射极、共集电极和共基极。
每种拓扑结构具有不同的特点和应用。
4.定义电路输入和输出：确定电路的输入和输出端口。
输入端口通常是控制信号，输出端口通常是被控制的电路或装置。
定义好输入和输出有助于后续的电路设计和分析。
5.进行电路计算和仿真：根据所选用的电路拓扑结构，进行电路计算和仿真。
例如，根据输入电压和电流计算所需的三极管参数，如电阻、电容等。
使用电路仿真软件对电路进行仿真，并验证电路的性能和稳定性。
6.设计三极管的偏置电路：三极管开关电路必须具有适当的偏置电路，以保证正常工作。
通常使用电流源或电阻网络来设置恰当的偏置电流和电压。
偏置电路的设计需要根据所选用的三极管和电路拓扑结构进行相应调整。
7.设计输出驱动电路：三极管开关电路通常需要一个输出驱动电路，以把控制信号转换为供给被控制电路或装置的输出信号。
输出驱动电路的设计可以采用电阻加载、电流源或者开关电路等方法。
8.进行电路布局和布线：根据电路设计和计算结果，进行电路布局和布线。
将所选用的三极管和其他元件进行合理布局，并进行适当的线路连接。
布线时需要尽量降低电路的干扰和信号串扰，提高电路的可靠性和抗干扰性。
9.进行电路测试和调试：制作电路原型，并进行测试和调试。
检查电路中各个元件的正确性和连接性，观察电路的工作状态。
根据测试结果进行调整和优化，确保电路的性能和稳定性。
10.进行电路性能测试和验证：用合适的测试仪器和设备对电路进行性能测试和验证。
根据电路计算和仿真的结果，验证电路的性能和规格是否符合要求。
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。
三极管的工作原理及开关电路
三极管的工作原理三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。
分成NPN和PNP 两种。
我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。
一、电流放大下面的分析仅对于NPN型硅三极管。
如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。
这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。
三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic 很大的变化。
如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。
我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。
二、偏置电路三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。
这有几个原因。
首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。
当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。
但实际中要放大的信号往往远比 0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。
如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。
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。
三极管开关电路分析及Rb计算
1.输入电压Vin，输入电阻Rin，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Rin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Ic=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Vcc=5V，三极管直流放大系数beta=10.查规格书得，集-射饱和电压Vcesat=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??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。
集电结加有反向电压，集电极电流iC=ICBO，而基极电流iB=-ICBO。
三极管开关电路的设计
三极管开关电路的设计一、引言三极管是一种常见的电子器件，广泛应用于各种电路中。
其中，三极管开关电路是一种常见的电路应用，可以实现电源的开关控制。
本文将介绍三极管开关电路的设计原理和步骤。
二、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实现电源的开关控制。
三极管有三个引脚，分别为基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。
当基极与发射极之间的电压为正时，三极管处于导通状态，电流可以从集电极流向发射极；当基极与发射极之间的电压为负时，三极管处于截止状态，电流无法流动。
三、设计步骤1. 确定电源和负载要求：首先需要确定所需控制的电源和负载的电压和电流要求，以便选择合适的三极管和其他元件。
2. 选择三极管：根据电源和负载的电压电流要求，选择合适的三极管。
常见的三极管有NPN型和PNP型，根据电路需要选择合适的型号。
3. 确定电阻和电容：根据所选择的三极管的参数和电路要求，计算所需的基极电阻和发射极电阻，以及可能需要的耦合电容。
4. 绘制电路图：根据所选元件和计算得到的电阻电容值，绘制电路图。
电路图应包括电源、三极管、负载以及相应的电阻和电容。
5. 进行仿真和优化：利用电路仿真软件对设计的电路进行仿真，验证电路的性能和稳定性。
根据仿真结果进行调整和优化，确保电路能够正常工作。
6. 制作和调试电路：根据电路图，选择合适的元件进行电路的制作。
制作完成后，进行电路的调试，确保电路工作正常。
7. 测试和验证：使用电压表、电流表等仪器对电路进行测试和验证，检查电路的性能和稳定性是否符合设计要求。
8. 优化和改进：根据测试和验证结果，对电路进行进一步的优化和改进，以提高电路的性能和稳定性。
四、小结三极管开关电路是一种常见的电路应用，可以实现电源的开关控制。
本文介绍了三极管开关电路的设计原理和步骤，包括确定电源和负载要求、选择三极管、确定电阻和电容、绘制电路图、进行仿真和优化、制作和调试电路、测试和验证以及优化和改进。
三极管开关电路设计(电路结构、参数计算)
三极管开关电路设计（电路结构、参数计算）电路结构如图1所示，三极管（开关电路）基本结构由基极电阻，集电极电阻（负载）组成。
图1 三极管开关电路基本结构有些人设计的开关电路就没有基极电阻，有可能不是他不知道这种电路结构，而是他不会调参数，不管怎么改变Rb，始终电路都没有进入饱和区，最后将Rb短接后发现电路正常了，导致他认为这样电路是可以用的。
事实上，没有基极电阻，如果说是（单片机）的IO口接的控制引脚，那么单片机（工程师）控制单片机IO口输出高电平的时候，IO口上的电压只有0.7V左右。
那是由于单片机IO口的（电流）只有10mA左右，不能给三极管提供足够大大的电流，以至于拉低电压至三极管b、e之间的导通电压0.7V左右。
当给三极管基极能够提供足够电流，而控制电压大于三极管b、e之间电压极限电压的时候就会烧坏三极管，如果没有大于它的极限电压，但是电流很大，时间久了就会导致三极管热损坏。
所以只有设置合适的基极电阻才能保证电路的可靠性。
该电路存在一个问题，就是控制端没有接任何东西就会出现高阻状态，三极管的工作状态是不确定的。
为了安全起见，没有对三极管进行控制的时候，应该让三极管工作在截止区，要想NPN型三极管截止，Ib就要很小，可以选择在三极管基极接一个下拉电阻，如图2所示。
取值是要远大于（10倍以上）Rb的，这样才能下拉电阻不影响对三极管的控制。
我我个人的取值习惯是100K。
图2 带下拉电阻的开关电路如果我们想驱动无源蜂鸣器，那么就要在控制端输入一个方波（信号）进行控制，这时候就需要三极管进行快速切换，想加快三极管切换速度就要如图3所示，在Rb上并联一个加速（电容）。
图3 带加速电容的三极管开关电路其原理是，电容两端的电压不能发生突变，那么控制端给一个高电平的瞬间，电容可以视为短路，此时的电流最大，因此加快了三极管的导通速度，这个暂态过程很快就结束了，电容充电完成后进入了稳态，电容就形如开路，而不影响电路的正常工作。
npn三级管开关电路
npn三级管开关电路npn三极管开关电路是非常常见的控制电路，它们可以用来开关各种不同的设备。
在本篇文章中，我们将介绍npn三极管开关电路的一些基本知识和工作原理。
同时，我们将介绍它们的各种应用场景和如何进行设计和组装。
在npn三极管开关电路中，通常由一个微控制器或某个其他类型的逻辑开关来控制它们的工作状态。
当控制信号被输入到基极时，电流会开始从集电极流向发射极。
当电流通过三极管时，会产生一个电场，使得它的集电极和发射极之间形成一个“通道”。
在正常工作状态下，三极管处于饱和状态，意味着电流可以自由地流通。
当控制信号被移除时，npn三极管将回到其关断状态，此时三极管处于截止状态，电流无法通过它流动。
npn三极管开关电路可以被用来控制各种不同的设备和装置。
下面列出了一些常见的应用场景：1. 电机控制npn三极管开关电路可以用来控制电机的启停或改变其工作状态。
这对于需要根据程序或某个其他变量控制电机转速的应用非常重要。
2. LED照明控制npn三极管开关电路可以用来控制LED灯的亮度。
通过改变控制信号的强度，可以改变LED灯的亮度。
3. 自动化生产npn三极管开关电路可以被用来控制自动化工厂中的各种设备和装置。
它们可以被用来控制机械臂和其他机器人设备。
4. 物联网设备npn三极管开关电路可以被用来设计各种物联网设备，例如门禁系统，安防监控设备和智能家居装置。
如果你需要设计和组装一个npn三极管开关电路，以下是几个关键步骤：1. 选择适当的三极管类型不同的应用可能需要不同类型的npn三极管。
在选择三极管时，请确保它能够承受你的应用所需要的最大电流或电压。
本篇文章只是一个指导性的简介，应该在选择三极管时请仔细查看其数据手册。
2. 连接电路元件将npn三极管与其他必要的电路元件进行连接，例如二极管，电阻器和电容器。
在连接电路元件时，请确保将它们正确地接地。
3. 连接控制信号将控制信号与npn三极管基极连接，确保控制信号的强度和电流符合电路要求。
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。
三极管放大电路与开关电路的设计
三极管放大电路与开关电路的设计这一期中主要聊聊三极管，谈及三极管，但凡学过（模电）的都知道，先学了PN结，然后根据（二极管）单向导通性学的是二极管，紧接着学的就是三极管了。
三极管在模电中常常被用作放大的作用，但是在实际中也常常被用作开关作用，但是很多人在学了三极管后，就没有在实际中接触到三极管，同时也使用的是课本中“理想”的方法分析三极管电路，所以在应用中对三极管就非常“迷”，这一期首先通过课本的方式温习一遍由三极管组成的“共射电路”，然后通过查看datasheet的方式了解三极管的常用（参数），接着通过实际应用的方式，设计三极管放大电路与（开关电路）01基本共射电路结构图26 基本共射电路如图26所示，这是由NPN三极管组成的基本的共射电路，首先一个问题它为什么叫做共射电路？这是由于输入回路由基极和发射极组成，输出回路由集电极和发射极组成，由于发射极是两个回路的公共端，所以称该电路为共射放大电路，同理共基电路、共集电路也是这个原理起名的。
这里就不介绍三极管内部工艺，直接看共射电路常见的题目。
下图所示电路，已知Vcc=15V，β=100，Ube=0.7V。
请问：（1）、Rb=50kΩ时，输出电压Uo为多少？（2）、若T临界饱和，那么Rb至少为多少？图27 共射电路问题（1）首先求得基极（电流）：再求得集电极电流：所以（电阻）Rc两端电压为：最后求得输出电压Uo为：那么怎么根据以上信息判断三极管T处于截止、饱和、放大区域呢？可以根据以下结论判断：截止区：发射结电压小于开启电压（反向偏置）且集电极反向偏置（集电结电压大于发射结电压）：放大区：发射结正向偏置且集电极反向偏置：饱和区：发射结和集电结处于正向偏置：这里要注意发射结正偏和集电结正偏是不一样的，切勿搞混淆了。
这里三极管的发射结电压Ube=0.7V,集电结电压Uce=2V,所以：所以发射结正向偏置且集电结反向偏置，那么可以判断三极管处于放大区域。
三极管 pnp 开关电路
三极管 pnp 开关电路三极管（transistor）是一种常用的电子器件，具有放大和开关功能。
PNP三极管是其中一种类型，其结构和工作原理与NPN三极管相反。
本文将介绍PNP三极管的开关电路。
PNP三极管开关电路是利用PNP三极管的导通和截止状态来控制电路的开关。
在这种电路中，PNP三极管的基极（base）通过输入信号控制，而发射极（emitter）和集电极（collector）则连接到外部电路中。
当输入信号为高电平时，基极电流增大，PNP三极管导通，其发射极和集电极之间形成低阻抗通路，外部电路中的电流可以流通；当输入信号为低电平时，基极电流减小，PNP三极管截止，其发射极和集电极之间形成高阻抗断路，外部电路中的电流无法流通。
PNP三极管开关电路的一个典型应用是用于驱动负载，如电机或继电器。
在这种应用中，PNP三极管作为开关控制电路，可以通过控制输入信号的高低电平来实现对负载的开关控制。
当输入信号为高电平时，PNP三极管导通，负载得到电流供应，实现闭合；当输入信号为低电平时，PNP三极管截止，负载无电流供应，实现断开。
PNP三极管开关电路的优点是控制电路简单，成本低廉。
由于PNP 三极管导通时，其发射极和集电极间的电压降较小，因此可以实现较低的功耗。
此外，PNP三极管的输入信号可以是非常小的电流，从而降低了对控制信号的要求。
然而，PNP三极管开关电路也存在一些限制。
首先，由于PNP三极管的导通是由输入信号的低电平控制的，因此其输入信号的逻辑与常用的数字电路相反。
这意味着在使用PNP三极管开关电路时，需要特别注意不要与其他数字电路产生混淆。
其次，PNP三极管开关电路的速度较慢，适用于低频应用。
如果需要高速开关电路，可能需要考虑其他器件或电路设计。
总结起来，PNP三极管开关电路是一种常用的电路设计，适用于控制负载的开关。
它具有简单、低成本、低功耗的优点，但需要注意与其他数字电路的逻辑关系以及其速度较慢的限制。
三极管做开关的电路
三极管做开关的电路1. 首先，让我们来理解什么是三极管。
三极管是一种半导体器件，常用于放大和开关电路中。
它由三个区域组成：基区、发射区和集电区。
基区和发射区之间有一个PN结，而基区和集电区之间也有一个PN结。
2. 三极管可以被用作开关，这是由于它的放大特性。
在三极管的开关电路中，我们将其工作在两个状态之间：饱和和截止。
当三极管处于饱和状态时，它完全导通，电流可以从集电极流向发射极。
而当三极管处于截止状态时，它完全截断，电流无法从集电极流向发射极。
3. 假设我们有一个简单的三极管开关电路，其中三极管的发射极连接到地，基极通过一个电阻器连接到输入信号，集电极连接到负载。
当输入信号为高电平时，三极管将进入饱和状态，导通电流流经负载。
而当输入信号为低电平时，三极管将进入截止状态，负载上没有电流通过。
4. 在这个开关电路中，三极管的工作完全依赖于输入信号。
当输入信号为高电平时，基极和发射极之间的电压会使基极和发射区的PN结正向偏置，这会导致发射区的电子向集电区移动，从而形成电流通路。
这使得三极管处于饱和状态，可以导通电流。
当输入信号为低电平时，基极和发射极之间的电压会使基极和发射区的PN结反向偏置，导致没有电流通过三极管，它处于截止状态。
5. 三极管开关电路的优点之一是它可以承受较高的电压和电流。
这意味着它可以用于控制大功率设备，如电动机或高功率灯泡。
此外，它的开关速度非常快，可以实现快速的开关操作。
6. 然而，三极管开关电路也有一些限制。
首先，它需要一个恰好的输入信号来控制三极管的工作状态。
如果输入信号过小或过大，可能无法使三极管处于预期的饱和或截止状态。
此外，三极管在饱和和截止之间的切换速度可能受到一些限制，这可能导致在切换过程中出现一些不稳定的现象。
7. 总结一下，三极管可以作为开关来控制电流的通断。
通过适当的输入信号，我们可以使三极管进入饱和或截止状态，从而实现电流的导通或截断。
尽管三极管开关电路具有一些限制，但它仍然是一种常用且可靠的电路设计方法，广泛应用于各种电子设备中。
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揭秘：三极管开关电路设计详细过程电源网首页| 分类：功率开关| 2011-03-10 09:15:39 | 评论(0) 摘要：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...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：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V in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﹕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(mechanical actuator)﹑螺管柱塞(solenoid plunger)或电驿电枢(relay arma ture)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，因此由方程式(1) 可知因此输入电压可由下式求得﹕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，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。
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，具有下列四大优点﹕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(μs)计。
（3）三极管开关没有跃动(bounce) 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V in的大小了。
欲保证三极管导通，其基极的V in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V in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VB E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值，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。
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。
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，可于临界输入电压时确保开关截止。
由图6(b)可知在基射极接面未导通前(IB0)，R1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。
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V in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。
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。