電子線路設計元件篇元件——半導體三極管三極管用作開關電路如前所示，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。對于NPN型三極管，應使得UBE<0,UBC<0。此刻三極管相當于開關的“關”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。對于NPN型三極管，應使得UBE>0,UBC>0。此刻三極管相當于開關的“開”狀態(tài)。元件——半導體三極管下圖1，即為三極管電子開關的基本電路圖。可知，負載電阻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則控制三極管開關的開啟(open)與閉合(closed)動作，當三極管呈斷開狀態(tài)時，負載電流便被阻斷，反之，當三極管呈閉合狀態(tài)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，而相當于開關的斷開，此時三極管工作于截止(cutoff)區(qū)。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，此時三極管工作于飽和區(qū)(saturation)。

元件——半導體三極管三極管開關電路的分析設計由于對硅三極管而言，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。通常在設計時，為了使三極管處于可靠的截止狀態(tài)起見，往往使Vin值低于0.3伏特。當然輸入電壓愈接近零伏便愈能保證三極管開關必處于截止狀態(tài)。甚至為了保證發(fā)射結(jié)反偏，而是將Vin設置為負電壓。當三極管處于飽和狀態(tài)時，則三極管的集電極與發(fā)射極類似于短路（VCE接近于0），就像機械開關的閉合動作一樣。欲如此就必須使Vin達到夠高的電壓，以驅(qū)動三極管使其進入飽和工作區(qū)工作，三極管呈飽和狀態(tài)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——半導體三極管三極管開關電路的分析設計由上述分析可知：當三極管處于截止狀態(tài)時，IB=0，IC=IE=0，VCE=VCC；在理想狀況下，根據(jù)歐姆定律，當三極管呈飽和狀態(tài)時，其集電極電流應該為：

此時，基極電流最少應為：欲使開關閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過或等于(式1)所要求的最低基極電流。由于基極回路只是一個基極電阻RB和發(fā)射結(jié)的串聯(lián)電路，故Vin可由(式2)來求解。元件——半導體三極管三極管開關電路的分析設計一旦Vin電壓超過或等于(式2)所求得的數(shù)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。總而言之，三極管接成圖1的電路之后，它的作用就和一只與負載相串聯(lián)的機械式開關一樣，而其啟閉開關的方式，則可以直接利用輸入電壓Vin方便的控制，而不須采用機械式開關所常用的機械控制方式。為了避免混淆起見，本文所介紹的三極管開關均采用NPN三極管，當然PNP三極管亦可以被當作開關來使用，請同學們自行分析。元件——半導體三極管練習1。試解釋出在圖2的開關電路中，欲使開關閉合(三極管飽和)所須的輸入電壓為何？并計算出此時負載電流與基極電流值。欲利用三極管開關來控制大到1.5A的負載電流的啟閉動作，只須要利用甚小的控制電壓Vin>=10.6V和電流(IB=10mA)即可。此外，三極管雖然流過大電流，功耗卻不大，因為三極管呈飽和狀態(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——半導體三極管三極管開關與機械式開關的比較我們都假設當三極管開關導通時，其基極與射極之間是完全短路的。事實并非如此，沒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。機械開關則沒有此問題。但和機械開關相比較，三極管做電子開關有如下優(yōu)勢：三極管開關沒有機械裝置，因此沒有磨損的問題，可以使用無限多次，一般的機械式開關，由于磨損，頂多只能使用數(shù)百萬次左右，且易受環(huán)境的影響。三極管開關的動作速度較一般的開關快，一般開關的啟閉時間是以毫秒(ms)來計算的，三極管開關則以微秒(μs)級。三極管開關沒有躍動(bounce)現(xiàn)象。一般的機械式開關在導通的瞬間會有快速的連續(xù)啟閉動作，然后才能逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。利用三極管開關來驅(qū)動感性負載時，在開關開啟的瞬間，不致有火花產(chǎn)生。反之，當機械式開關開啟時，由于瞬間切斷了電感性負載上的電流，因此電感瞬間產(chǎn)生感應電壓，將在接點上引起弧光，或造成干擾。元件——半導體三極管三極管開關的測試打開multisim8，輸入下圖的三極管開關電路，測試導通、截止時候的波形。元件——半導體三極管基本三極管開關電路的改進有時候，我們所設定的Vin低電壓電平未必就能使三極管開關截止，尤其當輸入Vin接近0.6伏特的時候更是如此。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就是針對這種狀況所設計的兩種改良電路。元件——半導體三極管基本三極管開關電路的改進有時候三極管開關的負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作恰好相反，當三極管截止時，負載獲能，而當三極管導通時，負載反被切斷(邏輯相反)，這兩種電路的形式都是常見的，因此必須具有清晰的分辨能力。元件——半導體三極管三極管開關電路的應用---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