一、三極管作開關(guān)應(yīng)用場景

我們會經(jīng)?？吹诫娐贩桨钢惺褂萌龢O管作為開關(guān)來驅(qū)動某些負(fù)載，如LED燈，蜂鳴器，電機(jī)，或者是給電源芯片使能。一般結(jié)構(gòu)如下圖：

上圖中觸發(fā)器端通常是來自控制器（如單片機(jī)）的高低電平控制信號，控制信號又分為TTL和CMOS，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景不同電平標(biāo)準(zhǔn)不同。但無論是哪種，控制器的引腳輸出電流小，負(fù)載能力弱。而所需要驅(qū)動的器件通常又多是需要相對大電流，用控制器引腳輸出的高電平是無法直接驅(qū)動的。因此就需要用到三級管這樣的開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)。

二、三極管作開關(guān)需要考慮的參數(shù)

三極管作為開關(guān)器件使用，即需保證其工作在截止區(qū)和飽和區(qū)之間。如不能充分飽和，則在三極管上所消耗的功率比較大且會發(fā)熱，這是我們不愿意看到的。三極管作開關(guān)主要注意下面幾個參數(shù)：

Ic（max）：集電極最大電流，即三極管集電極到發(fā)射極之間所能承受的最大電流值，負(fù)載電路電流超過這個值就有燒壞三極管的風(fēng)險。

Vceo：集電極-發(fā)射極最大承受電壓，即施加在集電極和發(fā)射極之間的最大工作電壓值，如果負(fù)載端工作電壓值大于這個耐壓值，會燒壞三極管。

Vcbo：集電極-基極最大承受電壓，即在選用三極管時，集電極和基極之間的壓差也不能太大，應(yīng)在最大耐壓范圍內(nèi)。

Vebo：基極-發(fā)射極最大承受電壓，即選用三極管時基極與發(fā)射極最大承受電壓應(yīng)大于基極的開關(guān)信號電壓。

ICEX：截止?fàn)顟B(tài)Ic漏電流。

IBL：截止?fàn)顟B(tài)Ib漏電流。

hEF：電流增益，通常三極管在充分飽和狀態(tài)下Ic并不等于hEF乘以Ib，可用此參數(shù)判斷三極管是否處在飽和狀態(tài)。

Vce（sat）：飽和狀態(tài)下Vce最大值，飽和越充分，通常Vce會越低，相對的三極管的功耗和發(fā)熱也會更低。

Vbe（sat）：飽和狀態(tài)下Vbe導(dǎo)通電壓的最大值，在初步選用計(jì)算時，會以硅管0.7V鍺管0.3V來估算。

PD：最大功率損耗，三極管的能承受的最大功率損耗，計(jì)算公式是Uce X Ic，因Ib相對于Ic可以忽略不計(jì)，則基極-發(fā)射極的功耗也可以忽略不計(jì)，只以集電極-發(fā)射極之間的損耗為三極管的損耗。

RθJA：熱阻，通過此參數(shù)計(jì)算管子結(jié)溫是否會超過結(jié)溫臨界。

三、開關(guān)三極管選型原則

1.負(fù)載端工作電壓

2.ic

3.功耗

4.Ub

5.工作最大結(jié)溫<規(guī)格最大結(jié)溫，工作最大結(jié)溫=工作最大環(huán)境溫度+最大溫升，通常結(jié)溫設(shè)計(jì)會做40℃降額設(shè)計(jì)，也就是 工作最大結(jié)溫<規(guī)格最大結(jié)溫-40℃。

四、開關(guān)三極管飽和狀態(tài)計(jì)算過程

我們都知道三極管在放大狀態(tài)Ic=β·Ib，但開關(guān)飽和狀態(tài)下并不是這樣的線性關(guān)系，如果先計(jì)算Ib再使用公式計(jì)算Ic是不合理的。

正確三極管的選擇方法是從負(fù)載端往回計(jì)算。

在初步選定三極管之后打開其規(guī)格書，找到最關(guān)鍵的曲線：

有了上面這個曲線，一切就好辦了。

1.確定工作電流Ic大小。根據(jù)負(fù)載來計(jì)算，假如所設(shè)計(jì)的負(fù)載正常工作電流為20mA，那么就能確定三極管打開時流經(jīng)三極管的ic為20mA。

2.通過曲線確定Ib大小?；乜瓷厦娴那€會發(fā)現(xiàn)，若要保證Ic能達(dá)到20mA，Ib至少要大于0.06mA，否則三極管就是處于放大區(qū)，Ic與Ib呈線性比例關(guān)系，Ib小于0.06mA則Ic就會小于20mA。我們想要三極管深度飽和，這樣Vce會盡可能小，管子上的損耗也會小，因此Ib要盡可能大，但I(xiàn)b過大又會增加基極前端的功耗。曲線所示，Ib大到一定程度之后Vce的變化幅度幾乎很小。所以Ib選擇0.5mA左右就能充分達(dá)到飽和狀態(tài)。

3.確定Vce大小。經(jīng)過上一步確定Ib的過程后，就能對應(yīng)曲線中Vce的大小，約為0.15V。

4.確定Vbe大小。這個時候需要找到另一個曲線圖：Ic-Vbe曲線，就可以通過Ic確定Vbe大小，如下圖，Vbe約為0.72V。

5.確定了上面4個主要參數(shù)，就能對電路進(jìn)行搭建了。包括基極電阻選擇合適的大小來實(shí)現(xiàn)Ib的配置。負(fù)載端應(yīng)該配多少阻值的電阻使器件正常工作。

五、三級管開關(guān)電路基極下拉電阻的作用

（圖片摘自https://blog.csdn.net/qq_42992084/article/details/99172543）

有了前面的設(shè)計(jì)，一個三極管開關(guān)電路的基本功能就能實(shí)現(xiàn)了。但是通常情況下為了保證開關(guān)設(shè)計(jì)的可靠性，會在基極增加一個下拉電阻，如上圖R2。下拉電阻的主要作用：

1.在控制器沒有控制指令的時候給基極確定狀態(tài)，即下拉狀態(tài)，防止其他信號的擾動誤觸。

2.提高關(guān)斷速度，實(shí)際的三極管各極之間都會有極間電容存在，開啟時電容充電，關(guān)斷時電容放電，有下拉電阻可以給電容放電一個路徑，以免延緩關(guān)斷時間。

3.提高開關(guān)信號門檻電壓。沒有下拉電阻時Vin大于0.7V就可以導(dǎo)通，有下拉電阻時會提高Vin導(dǎo)通值，也是一種防外界干擾的措施。