全面了解三极管——三极管用作开关管1

Xiaoxiaodawei（来源于微信公众号作者：小陈是个工程师）

上述两期三极管参数的介绍是设计三极管相关电路的基础，需要耐心消化一下。三极管的用途不过两种：一是放大器，二是开关。放大器利用三极管工作在放大区的特性，而开关利用的则用三极管工作在饱和区和截止区的特性。

关键词：开关；

一、三极管开关的断开和闭合

开关，无非有两种状态——断开和闭合，断开时，没有电流通过；闭合时，有电流通过。如图1-1所示就是三极管开关的这两种状态，图中三极管基极-发射极极间没有获得正向偏置而截止，此时，理论上三极管的集电极-发射极间相当于断开，没有电流通过，基极电流Ib为0，集电极电流Ic负载Rc不工作。

图1-1 三极管的断开状态（三极管截止）

图1-2中，三极管的基极-发射极在+Vbb作用下获得正向偏置，基极Ib足够大的话就可以令三极管工作于饱和区，集电极电流达到饱和值，此时，理论上三极管的集电极-发射极间相当于短路，于是电流经过负载Rc，负载Rc工作，现实中，饱和状态下的三极管集电极-发射极间存在一个非常小的电压。

图 1-2 三极管的闭合状态（三极管饱和）

二、三极管开关中一些简单的计算

由于负载电阻、三极管参数等不同，为了能在不同条件下都顺利设计并使用三极管开关，需要进行一些简单的计算。

当三极管开关断开时（截止状态），很简单，那么就没有电流流过三极管，所以Vce和Vcc相等，即：

式（1.1）中下标Cutoff表示截止的意思，此时三极管集电极电压就是电源电压，集电极电路Ic=0。

当三极管开关闭合时（饱和），经过负载Rc的电流Ic达到饱和值Ic(sat)，根据欧姆定律，经过负载Rc的电流等于其两端电压除以电阻，于是有：

其中，Ic(sat)的下标“sat”表示饱和的意思，Ic(sat)是电路中三极管集电极C极电流Ic所能达到的最大值，此时集电极电流Ic=Ic(sat)，Vce=Vce(sat)

将截止状态和饱和状态在坐标中表示出来，就是三极管的负载线，如图1-3所示。

 图1-3 三极管DC负载线

根据上述只要知道了Vcc、Vce(sat)、Rc数值就可以把Ic(sat)计算出来。

三、三极管开关的实例计算

根据图1-4所示电路求解：

1. 当三极管开关断开时（截止），如果Vin=0V，Vce=?;
2. 如果想让三极管开关完全闭合（饱和），则基极电流Ib至少为多大？
3. 如果Vin=5V,基极电阻Rb最大值为多少？

 （1）当三极管开关断开时，根据上述式（1.1），可知：

 （2）根据式（1.2），可得（其中一般Vce(sat)=0.2V）

 在饱和区，三极管直流增益hfe要“打折”，假设hfe为50，可以求得基极最小电流为：

此时基极电流Ib已经令三极管达到饱和的状态，Ic=Ic(sat)，如果继续提高Ib会让三极管进入深度饱和状态，集电极电流Ic不会再增加了。

（3）三极管饱和时，其基极-发射极间电压Vbe=0.7V，于是根据欧姆定律可得：

以上的结果说明，当Vcc=10V、Vin=5V、Rb=22kΩ时，三极管开关闭合，并能向负载Rc提供约9.8mA的电流；如果Vin=0，则三极管开关断开。

但是学习三极管就是为了将其应用，这些理论计算实在过于枯燥，下一期介绍怎么设置一个三极管开关！！