電子線路設(shè)計(jì)元件篇元件——半導(dǎo)體三極管三極管用作開(kāi)關(guān)電路如前所示，三極管工作于截止區(qū)的條件：發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。對(duì)于NPN型三極管，應(yīng)使得UBE<0,UBC<0。此刻三極管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的“關(guān)”狀態(tài)。三極管工作于飽和區(qū)的條件：UCE<UBE，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于正向偏置。對(duì)于NPN型三極管，應(yīng)使得UBE>0,UBC>0。此刻三極管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的“開(kāi)”狀態(tài)。元件——半導(dǎo)體三極管下圖1，即為三極管電子開(kāi)關(guān)的基本電路圖?？芍?，負(fù)載電阻RLD被直接跨接于三極管的集電極與電源Vcc之間，而位居三極管主電流的回路上。輸入電壓Vin則控制三極管開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟(open)與閉合(closed)動(dòng)作，當(dāng)三極管呈斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電流便被阻斷，反之，當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時(shí)，電流便可以流通。詳細(xì)的說(shuō)，當(dāng)Vin為低電壓時(shí)，由于基極沒(méi)有電流，因此集電極亦無(wú)電流，致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒(méi)有電流，而相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，此時(shí)三極管工作于截止(cutoff)區(qū)。同理，當(dāng)Vin為高電壓時(shí)，由于有基極電流流動(dòng)，因此使集電極流過(guò)更大的放大電流，因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通，而相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合，此時(shí)三極管工作于飽和區(qū)(saturation)。

元件——半導(dǎo)體三極管三極管開(kāi)關(guān)電路的分析設(shè)計(jì)由于對(duì)硅三極管而言，其發(fā)射結(jié)的正向偏壓值約為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(shè)計(jì)時(shí)，為了使三極管處于可靠的截止?fàn)顟B(tài)起見(jiàn)，往往使Vin值低于0.3伏特。當(dāng)然輸入電壓愈接近零伏便愈能保證三極管開(kāi)關(guān)必處于截止?fàn)顟B(tài)。甚至為了保證發(fā)射結(jié)反偏，而是將Vin設(shè)置為負(fù)電壓。當(dāng)三極管處于飽和狀態(tài)時(shí)，則三極管的集電極與發(fā)射極類似于短路（VCE接近于0），就像機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合動(dòng)作一樣。欲如此就必須使Vin達(dá)到夠高的電壓，以驅(qū)動(dòng)三極管使其進(jìn)入飽和工作區(qū)工作，三極管呈飽和狀態(tài)時(shí)，集電極電流相當(dāng)大，幾乎使得整個(gè)電源電壓Vcc均跨在負(fù)載電阻RLD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。元件——半導(dǎo)體三極管三極管開(kāi)關(guān)電路的分析設(shè)計(jì)由上述分析可知：當(dāng)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，IB=0，IC=IE=0，VCE=VCC；在理想狀況下，根據(jù)歐姆定律，當(dāng)三極管呈飽和狀態(tài)時(shí)，其集電極電流應(yīng)該為：

此時(shí)，基極電流最少應(yīng)為：欲使開(kāi)關(guān)閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過(guò)或等于(式1)所要求的最低基極電流。由于基極回路只是一個(gè)基極電阻RB和發(fā)射結(jié)的串聯(lián)電路，故Vin可由(式2)來(lái)求解。元件——半導(dǎo)體三極管三極管開(kāi)關(guān)電路的分析設(shè)計(jì)一旦Vin電壓超過(guò)或等于(式2)所求得的數(shù)值，三極管便導(dǎo)通，使全部的供應(yīng)電壓均跨在負(fù)載電阻上，而完成了開(kāi)關(guān)的閉合動(dòng)作?？偠灾龢O管接成圖1的電路之后，它的作用就和一只與負(fù)載相串聯(lián)的機(jī)械式開(kāi)關(guān)一樣，而其啟閉開(kāi)關(guān)的方式，則可以直接利用輸入電壓Vin方便的控制，而不須采用機(jī)械式開(kāi)關(guān)所常用的機(jī)械控制方式。為了避免混淆起見(jiàn)，本文所介紹的三極管開(kāi)關(guān)均采用NPN三極管，當(dāng)然PNP三極管亦可以被當(dāng)作開(kāi)關(guān)來(lái)使用，請(qǐng)同學(xué)們自行分析。元件——半導(dǎo)體三極管練習(xí)1。試解釋出在圖2的開(kāi)關(guān)電路中，欲使開(kāi)關(guān)閉合(三極管飽和)所須的輸入電壓為何？并計(jì)算出此時(shí)負(fù)載電流與基極電流值。欲利用三極管開(kāi)關(guān)來(lái)控制大到1.5A的負(fù)載電流的啟閉動(dòng)作，只須要利用甚小的控制電壓Vin>=10.6V和電流(IB=10mA)即可。此外，三極管雖然流過(guò)大電流，功耗卻不大，因?yàn)槿龢O管呈飽和狀態(tài)，其VCE趨近于零，所以其電流和電壓相乘的功率也不大。元件——半導(dǎo)體三極管三極管開(kāi)關(guān)與機(jī)械式開(kāi)關(guān)的比較我們都假設(shè)當(dāng)三極管開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，其基極與射極之間是完全短路的。事實(shí)并非如此，沒(méi)有任何三極管可以做到完全短路而使VCE(sat)=0，一般都是VCE(sat)在0.1V~0.2V左右。機(jī)械開(kāi)關(guān)則沒(méi)有此問(wèn)題。但和機(jī)械開(kāi)關(guān)相比較，三極管做電子開(kāi)關(guān)有如下優(yōu)勢(shì)：三極管開(kāi)關(guān)沒(méi)有機(jī)械裝置，因此沒(méi)有磨損的問(wèn)題，可以使用無(wú)限多次，一般的機(jī)械式開(kāi)關(guān)，由于磨損，頂多只能使用數(shù)百萬(wàn)次左右，且易受環(huán)境的影響。三極管開(kāi)關(guān)的動(dòng)作速度較一般的開(kāi)關(guān)快，一般開(kāi)關(guān)的啟閉時(shí)間是以毫秒(ms)來(lái)計(jì)算的，三極管開(kāi)關(guān)則以微秒(μs)級(jí)。三極管開(kāi)關(guān)沒(méi)有躍動(dòng)(bounce)現(xiàn)象。一般的機(jī)械式開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通的瞬間會(huì)有快速的連續(xù)啟閉動(dòng)作，然后才能逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。利用三極管開(kāi)關(guān)來(lái)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，在開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的瞬間，不致有火花產(chǎn)生。反之，當(dāng)機(jī)械式開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，由于瞬間切斷了電感性負(fù)載上的電流，因此電感瞬間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，將在接點(diǎn)上引起弧光，或造成干擾。元件——半導(dǎo)體三極管三極管開(kāi)關(guān)的測(cè)試打開(kāi)multisim8，輸入下圖的三極管開(kāi)關(guān)電路，測(cè)試導(dǎo)通、截止時(shí)候的波形。元件——半導(dǎo)體三極管基本三極管開(kāi)關(guān)電路的改進(jìn)有時(shí)候，我們所設(shè)定的Vin低電壓電平未必就能使三極管開(kāi)關(guān)截止，尤其當(dāng)輸入Vin接近0.6伏特的時(shí)候更是如此。想要克服這種臨界狀況，就必須采取修正步驟，以保證三極管必能截止。圖4就是針對(duì)這種狀況所設(shè)計(jì)的兩種改良電路。元件——半導(dǎo)體三極管基本三極管開(kāi)關(guān)電路的改進(jìn)有時(shí)候三極管開(kāi)關(guān)的負(fù)載并非直接加在集電極與電源之間，而是接成圖5的方式，這種接法和小信號(hào)交流放大器的電路(共e放大電路)非常接近，只是少了一只輸出耦合電容而已。這種接法和正常接法的動(dòng)作恰好相反，當(dāng)三極管截止時(shí)，負(fù)載獲能，而當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載反被切斷(邏輯相反)，這兩種電路的形式都是常見(jiàn)的，因此必須具有清晰的分辨能力。元件——半導(dǎo)體三極管三極管開(kāi)關(guān)電路的應(yīng)用---電平轉(zhuǎn)換分析一下圖6電路的功能。VREG和ZX_TXD屬于2.8V的數(shù)字系統(tǒng)，采用Q2三極管可以使其轉(zhuǎn)換為3.8V的VCC_MC和MCU_RXD數(shù)字系統(tǒng)，數(shù)字邏輯不變，但是電