谈谈三极管的开关功能
三极管的工作机理本质上就是通过be之间的电流来控制ce之间的电流。所以b极叫基极也叫控制极。本科生们关于三极管的一个粗糙的印象是三极管有放大作用，至于放大什么东西，可能有相当一部分人也含糊不清。我们这里说的放大，当然是指be间的电流来控制gemfield倍于它的流经ce之间的电流，这个gemfield，通常是100左右。形象的说，Ic就是将Ib放大100倍所得的电流。
三极管的工作有三种状态，即截止状态、线性放大状态、饱和状态。其实我本人是非常不喜欢这三个名字的。只是另起炉灶的话，会浪费更多的精力，也就罢了。不过深刻了解了这三种工作状态，以后便可以真正做到胸有成竹，从而看透电路中万变不离其宗的三级管用法。
那就先说截止状态吧。在描述三极管工作条件时，经常会蹦出正偏或者反偏这类词语，比如集电结反偏。这些词语也是令我很讨厌的一类词语，仿佛就是一个个骗子，将初始时我们对于森林的好奇最终引向了弥漫着雾气的杂草丛生的沼泽地带。所以我先费些笔墨来解释一下这个词语。所谓正偏，即两极间加的电压与PN结的导通方向一致，如本例中的2n5550 安森美NPN硅管，对于b、e构成的发射结来说，b极电位高于e极电位，就叫发射结正偏，相反则叫反偏！而对于b、c构成的集电结来说，b极电位高于c极电位，就叫集电结正偏，相反就叫反偏。
那么这个2n5550三极管什么时候处于截止状态呢？我们说当我们打开三极管的钥匙——be间的电压，有一个开启的电压，大约在0.5到0.6v之间。注意是b比e高0.5到0.6v，也就是说当b的电位比e 的电位高不出这个电压时，比如是0.4v或者0.1v或者-0.1v，我们就说三极管陷入了截止状态。这个时候，从c流向e的电流很小——只有1微安以下，因为我们还不具备开启三极管的钥匙。在multisim 10的电路仿真中，当ce间的电压为5v，Vbe钥匙电压为0.4v时，流经ce电流（Ic）为800多纳安。ce之间5v 这个还算可以的电压才仅仅产生了Ic纳安级渺小的电流。只能说ce间的电阻太大了。所以说，这个时候的ce间电阻很大，我们把它近似于开路。
所以对截止状态做个总结时，我们就说当be这把开启钥匙没有达到开启电压时（0.5到0.6）时，ce开路。这时的三极管你可以说它是装饰物，也可以说它是石头，甚至你把它从电路中拿走也没关系。这就是第一个我们要阐述的三极管的官员状态——我在休息，什么也不做。
不过不幸的是，下面还有一大段话要啰嗦。这些谆谆教诲对于三极管的任意一种工作状态都是适用的：
截止状态也不是说因为不用工作，所以就没有什么参数限制了。这是不对的，就像官员上班时间也在休息，甚至都有人在打麻将，ok，这是没关系的，反正也不会丢掉乌纱帽。但你不能放火烧房子，这个就不行了。同样，三极管在be的电位差不足前面提到的那个钥匙电压时不工作，但是be之间的电位差也不能太低了。比如，是一个很大的负值，这就是说e的电位反而比b的电位高很多。我们都知道三极管的be之间像一个pn结，那么毫无疑问也有一个反向耐压值。所以这块儿也有一个这样的值，就是说发射极的电位不能比基极高出那么多的一个值，是多少呢？对于2N5550来说，是6v，也就是说当Vbe<-6v时，三极管的发射结可能会被反向击穿。
同样道理，截止时三极管不工作，be之间还没放入钥匙。这个时候不论是Vbe还是Veb都规定了一个范围。但是三极管还有bc和ce要考虑。三极管是个电子器件而不是神，你不能在bc之间加上10万伏的电压还寄希望于三极管完好无损。那么这种电压最高能达到多少呢？对于b和c来说，bc也像一个或者等价于一个pn结，那么Vbc导通的话就类似于二极管的压降，而反向的话，这个值对于2N5550来说，是140V。而对于c和e来说，不论是Vce还是Vec，这个值不能超过160V。
好了，经过上面两段话，我们就这样残忍的极不情愿的通过一些电压方面的条件就把三极管从神的想象中拉回到现实中的普通的电子元器件。现在开始讨论一下三极管的线性放大状态。
三极管的线性放大能力确实是令人兴奋的事。这也是我们关于三极管的最淳朴的认识。它能神奇的用基极的电流Ib来控制集电极的电流Ic，三极管的放大能力就是Ic/Ie，常用hfe来标识。这个值一般是100左右。也就是说假设Ib为20微安时，集电极电流Ic就可能是2毫安。到这里我们一定有一种奇怪的揣测了，那就是这个电流肯定会有限制吧。因为不太可能让Ib为1A,而Ic为100A。那样的话三极管就成电力线了。
那么三极管什么时候工作在线性放大区？而这个线性范围又是多少呢？首要的，就是前面已经叙述过许多遍的Vbe一定要达到钥匙电压。那么就算Vbe达到了钥匙电压，就一定能够放大了吗？显然不是，假设集电极c并没有加电压，那如何会产生受控的放大的集电极电流Ic呢？就像你通过一个大坝在控制流经大坝的水，可是上游根本就没有水，怎么办呢？所以集电极的电位也要有一个限制，多少呢？那就是保证c的电位要高于b的电位，也就是集电结要反偏。假设e是地，b是0.7v，那么c就必须得大于0.7v，当然也不能大过前面所述的140v+0.7v=140.7v。
这里总结一下三极管的放大条件，就是发射结正偏，集电结反偏，i C=βi B。
那么这个放大电流的限制情况呢？既然基极电流不可能达到1A。其实这个电流的限制主要考虑结功率的影响和其它条件的影响，所以没有一个具体的参数。但就量级上来说，Ib不能大过几十毫安，而要想工作在这里的线性放大区，就得小于50微安了。那么基极电流最小能小到多少？这个问题恐怕就是半导体物理学或者分子运动这类范畴了。三极管有个集发射极---基极反向电流Iebo，集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。这个电流一般都是1微安以下。所以电流小到这个程度，于我们的电路而言已经没有意义了。其实Ib还有个封顶限制，就是不能因为Ib过大，导致三极管进入饱和区。那么这个概念就得到饱和一段中讨论了。
三极管的饱和区是频繁被提起的词语，可怜很多本科生还没搞明白三极管的饱和态到底是什么样子？其实饱和一词确实很形象。它告诉你，三极管的放大能力已经显著受影响了。就像在溶液的浓度这个概念一样，我们在溶液里添加一定量的溶质，那么溶液的浓度就会产生一定量的提高，我们把它也看成是一种控制作用——那么什么时候控制作用受影响呢？对了，就是到饱和时，一旦溶液进入饱和状态，再添加溶质就不会控制溶液的浓度了。我们上一段中讨论到，三极管处于线性放大区时，集电极电流Ic会是基极电流Ib的100倍左右。可是当三极管进入饱和态时，提升Ib的大小已经不能显著改变Ic的大小了。事实上，我们就把这种Ic不随Ib显著增大的现象称为饱和区，因为这里并没有一个明显的分界线，而是一个渐进
的过度状态。所以怎样区分三极管进入饱和态也没有明显的判定尺度。一般依据经验，当Ic<=10*Ib时，就说三极管进入了饱和区。
我们通过multisim10的仿真来形象的阐述这个饱和过程吧。
我们做一个实验，如上图所示。改变集电极电阻R1，从100欧逐渐到1.5k欧，得到五组数据。三极管be之间的电压始终维持在727.753mv。随着R1的电阻的逐渐增大，分在ce之间的压降逐渐降低，从3.723v降低到372.767mv。但是在降到727mv之前，流经ce之间的Ic始终维持在4毫安左右。表明在线性放大区域，电流Ic最多的不是受ce间的电压控制，而是由基极电流维系；而当集电极电阻再往上增加时，e的电位已经比727.753mv还低，这时三极管已经慢慢过度到饱和区域了，因此Ic开始脱离Ib的控制了。我们看到，在ce间的电压降到372.767mv时，Ic已经降为3.5mA了。这时的典型特征就是，基极电流再也无力控制集电极电流Ic了。
我们再用上图做个实验，这次改变的是基极电阻R2，其它都不变。随着r2的减小，基极电流逐渐增大。那么集电极电流也随之增加。但是，集电极的电流的增加必然会在R1上产生压降，当这个电流大到使电阻的压降为4.3v时，2N5550的c的电位就将开始低于700mv了。这时侯集电结正偏，已经影响到了三极管进行线性放大的微观物理基础了。三极管里饱和态渐行渐近，最终Ic的增加并不与基极电流成比例了，而是慢慢的不增加了，虽然Ib还在狂飙突进般的上涨。但是，集电极的电流无论如何都不能达到5v/R1，因为三极管的ce始终要产生一定的压降，即使在饱和的再不能饱和的情况下。对于2N5550来说，这个电压是200mv左右。
现在我们讨论完了三极管的三种工作状态：截止、放大、饱和。然而，三极管是如此为人们喜爱，那是因为它还有道不尽的用途。我们将在以后陆续讨论三极管的三种重要用途，来重新评估一下三极管的价值。它们就是射极跟随器、共射放大器、镜像电流源。
我们在上一篇文章中讨论了三极管的三大工作区，并且提出了三极管的两大功能——放大功能和开关功能。放大功能已经在上一篇文章加以讨论，当时gemfield承诺要拿出三极管的三大经典电路来加以讨论以对三极管有一个更加形象化的具体理解。但是，因为三极管的开关特性是一个不可忽视的重要的环节，因此，这章先予以这方面的介绍。
三极管的开关功能就是说它可以像一个开关一样工作。开关？就是那个一摁或者一扳就通电或者断电的简单的按钮？没错，可是三极管为何要替代按钮开关？注意，这是一个信息时代，pcb板上的三极管是显而易见的，它可以通过电信号方便快捷的控制一条线路的通断；你不会想着用人力去控制一个信号的能否通过吧。那些在intel x86架构的通用处理器里面躺着数目多达几亿的开关要用人力去控制吗？难道中国所有的人腾开放下手中的工作就是控制几个cpu？更何况在那么高的集成度上面人连三极管也看不清。
可是三极管怎么样就像个开关了？这个三条腿的怪物怎么就能够自由的控制信号的通断俨如一个
真正的开关？这个时候别忘了三极管的三个工作区，除去中间的放大区外，就是截止区和饱和区了。你看，假若一条叫做ronger的线路经过三极管的集电极、发射极，那么通过在基极施加信号，当工作在截止区时，ronger不就断开了；而工作在饱和区时不久是导通的了吗？
但是问题也就随之而产生了，这就是：当在截止区时，集电极和发射极之间并不是一点电流都没有，虽然很小，但也有个反向漏电流Iceo，这就意味着三极管ce并没有完全的断开，也就是ronger快要断了但还差那么一点；而在饱和区时，集电极发射极之间的压降—三极管饱和压降很小，但也有那么一点电压，约为几百个毫伏，这也就意味着ronger没有完全通，我们知道纯导线可不产生压降的哦。总之，经过以上两个方面的质疑，要说三极管真是个开关，确实是过奖了。但幸好以上的这些副作用在实际电路中大多时候并不产生影响。
一个理想的开关，它闭合导通时阻抗为零，而断开时为无穷大。这就在告诫三极管，要像我开关一样的话，你就必须要尽可能的减小反向漏电流Iceo，尽可能的降低饱和压降Uces。这里还要说的一点就是，要有尽可能快的转换速度。这个速度是指什么？就是指三极管从开到关或者从关到开或者不停的关开关开之间的过度的快慢。为什么要强调这个速度呢？因为三极管毕竟不像我们墙上的电灯开关一样，你闲的没事在那而噼啪噼啪的按个不停。但是三极管就不一样了，像PWM调制电路，或者利用开关管进行逆变的电路，在这里，三极管每秒要开关上几千次甚至更高，假设一个三极管从开到关的状态就需要花费一秒的时间，它如何能做到每秒钟断开几千次？幸亏刚才只是随便说了一个数据，那么真正的三极管这个时间是多少呢？肯定不是零，经验来讲，约为几万分之一秒。这里有个概念，先记住Icm这个量，它表示集电极在开关过程中的最大电流：当有输入信号Vin时，Ic上升到10%Icm所花费的时间叫做延迟时间，从10%到90%Icm的时间叫上升时间，两者之和叫开启时间；当关的信号Vin输入时，Ic下降到90%Icm的时间叫储存时间，从90%下降到10%的时间叫下降时间，两者之和叫关断时间。其中，尤以储存时间最能捣乱三极管的开关频率能力。
那么三极管为什么会产生这么多的种种具有烦人名称的延迟时间呢?因为PN结势垒电容充放电、电荷的存储和消失、载流子的复合等，是影响三极管开关速度的内因，这个在三极管出厂的一刻就确定了。另一方面，三极管使用的周围电路环境也是影响三极管开关速度的外部原因。
最后再来对这个开关的功耗问题耳提面命一番。之所以是跟着上一段，就是因为三极管的开关功耗还跟开关速度有关系。首先来看一下三极管的开关功耗是怎么产生的，毕竟这关系着能源安全（大的方面）和电路板的安全（小的方面）。先说开的时候，也就是三极管饱和的时候，虽然它正常的在输送电流，和常态的导线无异，但是三极管的饱和压降很小（约为几百个毫伏），因此P=U*I，这个功率也不是很大，我们把三极管这个时段的功率称为通态损耗；对应的，就是断态损耗，不用解释也能明白，就是三极管截止时的功率，这个时候Uce虽有一定的压降，相当于供电的直流电源的压降，但是反向漏电流Iceo很小（约为纳安数量级），相应的功率也就很小了；虽然以上两者的功耗比较小，但不幸的是，在开和关之间还有个过渡过程，想想也晓得，在这个过渡过程中，电压和电流相向而行，你大我小到你小我大，之间有个微妙的截断，让两者之积很大。于是功耗就相应的大了，称之为开关损耗（也称渡越损耗）。如果电路开关的频率越高，就会让三极管越多的在过渡这一高功耗时间段中痛不欲生，可见，缩短这个过渡过程的时间也是一个紧要命题。
经过以上三段的啰嗦，我们知道了我们现在的一个使命是尽可能的缩短三极管的开关时间。但是前文也说了，三极管的这个特性在下生产线的时候就确定了，怎么办？前文还说了这么一句话：“另一方面，三极管使用的周围电路环境也是影响三极管开关速度的外部原因。”，看来我们需要创造一些电路来改良这个特性了。
这些电路包括基极驱动电路、抗饱和电路以谋求更高的三极管开关速度。另外，为了保护三极管工作中的安全，还要介绍一下它的安全保护电路。这些电路的介绍，留在明晚吧。
在上图所示的电路中，下面这个电路在基极电阻R4上并联了一个电容C2，其它两者一样。这个电容的大小约为1000-3000pF。这样来阐释：当一个正的驱动电压过来时，C2两端的电压不能突变，这是什么意思？我们知道这个对于电容来说就意味着短路，这时信号源可以为2N5550提供直接的、立即的、快速的正向基极电流，使三极管立即导通。之后C2被充电至激励电压的峰值而进入稳态。当晶体管的驱动电压再往回跃变为零时，C2两端存储的电压立即加到三极管的发射结上，可以形成很大的反向基极抽取电流，是三极管迅速关闭并进入稳态。
这就是加速电路的一个典
型。
这是两个电路运行的结果，从上面可以看出上升沿的时间：第一个是67us，第二个是55us，似乎加速了些。
在这个电路中，并联于功率开关晶体管2N5550基极电阻R2两端的高速开关二极管1N4148的作用是当三极管截止时，吸收反向基极电流，通过对基极与发射极间的电容放电，达到减少存储时间的目的。这似乎也是一个方法。再看看下面的电路：
这个电路中，高速开关二极管（1N4148）与电阻R1的作用是当晶体管截止时，为反向基极电流提供一个低阻抗的通路。这个为“开关”关的动作提供了尽可能快的支持，因为它迅速让电荷从三极管的pn势垒电容里释放掉。
关于这方面，只要发挥自己的想象，还有很多。
我们在上一文中费了些笔墨来讨论如何做才能降低三极管在开关时的功耗。我们达成的结果是一致的：那就是尽可能的降低开关信号在上升沿和下降沿所耗费的时间。通俗的讲，就是不论是开还是关，都要干脆些。而我们在前面讲述的基极驱动型电路就是一种好的解决思路，不再赘述。本文中将要通过另一种思路来提供解决此问题的一揽子方案，这就是抗饱和电路的由来。这种电路只不过是在原有的开关电路中使用一些伎俩，从而使原本是深度饱和（呼呼大睡）状态的开关管只进入轻度饱和（刚睡着），这样当三极管关的时候，它能轻松或者快速的脱离饱和状态（就像刚睡着的人容易叫醒一样）。
有一种抗饱和电路叫做baker电路，贝克尔电路，是一种典型的二极管钳位抗饱和电路。
其实贝克尔这种电路有一系列的形式，就像变形金刚一样。它这样变那样变但万变不离其宗，那我们就先认识一下上面这个基本的形式。它究竟是怎样做到抗饱和的呢？当VT1导通时，它的基极电压比输入电压低两个硅二极管的正向压降，约为1.2V。但由于VD3的存在，VT1集电极电压比输入电压只低0.6V，因此VT1集电极电压总比基极电压高出0.6V，阻止了VT1进入深度饱和区。
二极管VD4的作用是当VT1截止时，吸收反向基极电流，通过VT1基极与发射极间的电容放电，从而达到减小存储时间的目的。大家知道一旦三极管当开关工作时，它的工作频率都会达到几十KHz，所以抗饱和二极管必须得是快速恢复型二极管。VD1、VD2和VD4可选用低压型器件，但VD3的反向击穿电压一般应不低于VT1集电极电源电压的2倍。
但是有一些问题，就是它采用的二极管实在是太多了，居然有4个。而且在开状态时，ce间的电压有0.6V之巨，看来功耗不会小了。虽然这样的伎俩会使晶体管关闭时的延迟时间几乎减小到0，但一般开关电路中还是很少使用。
而目前广泛使用的方案是采用辅助晶体管组成有源抗饱和网络。这些都是集成电路的形式。也就是说给你一个管子，但是它里面已整合了这些辅助的有源器件，大家都知道集成电路就喜欢使用三极管来代替其它器件，因为集成电路中三极管才是最好“造”的。用分立器件等效画出来就如下图所示。这是飞思卡尔公司利用PNP型晶体管作为那个小伎俩（抗饱和元件），整合在开关电路上形成的。有时也称高频高增益双极型晶体管。
其中，Q1是主晶体管，VD1是续流保护二极管（起保护作用，在下文中有详细讨论）。Q2是PNP 型，作为有源抗饱和电路。当Q1进入临界饱和之后，其发射结和集电结都处于正向偏置，那么这个时候你要注意了，Q2已经导通了，想想Q2导通的条件，不难理解。一旦Q2导通，势必会将流向基极的电流分走一部分。饱和程度越深，集电极电位越低，那么Q2对流向基极的电流分流作用就越大，基极电流Ib不就越小了吗？这就减轻了Q1的饱和程度。一旦Q1脱离了饱和区，那么它的集电极电位不久升高了吗？那么和基极之间的电位差小到一定程度时，Q2关闭，Ib又立即增大，从而使Q1又很快重新进入饱和状态。这么看来，Q2确实改善了Q1的开关特性，同时还提高了电路工作的稳定性。
实际上此类抗饱和电路都是采用TO-220封装形成的集成块，而非上图中所示的由分立器件组成的电路，这个情况要有个认识。比如还有一种抗饱和形式的电路的封装，比如下面这种情况的抗饱和三极管，它是由双极型三极管和肖特基二极管组成。肖特基二极管(SBD，Schottky Barrier Diode,简称肖特基二极管，希望以后提到sbd，大家要首先想到“快速”这个概念，也就是它可以工作在很快的频率下)是借助于金属铝和n型硅的接触势垒产生整流作用。它具有两个特点。一是正向压降较小，约为0.1～0.3 V；二是本身没有电荷存储作用，开关速度快。把肖特基二极管并接在三极管的b和c两个电极上，当三极管b—c 结接入正向偏置时，SBD导通，把b—c正向电压钳在0.3 V左右，同时SBD将三极管基极的过驱动电流分流至集电极，有效地避免了三极管进入深饱和状态而工作在临界饱和状态，从而大大提高了工作速度。
值得注意的是，上面也仅仅是一些个例，思路摆在这里了，道理也明白了，需要做的就是在以后的电路实践中不断探索、增加经验。
这一部分我们将要讨论三极管工作所需的安全环境。很明显，三极管仅仅是一个电子器件，不是无所不能的神。那么它究竟需要什么样的安全要求呢？
我们先给出一个有关双极性晶体管的概念，这就是二次击穿。就是当集电极电压超过Vceo而引起的击穿。各位不要一听到击穿就心里一沉，以为三极管完了。其实只要用外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压减小到小于Vceo后，管子也就恢复到正常工作，因此这种击穿是可逆的，不是破坏性的。我们把它成为一次击穿。
有人说是不是再这样来一次就是二次击穿呢？当然不是，如果上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，通常将这种现象称为二次击穿。二次击穿则是不可逆的，出现二次击穿时，三极管才真正完了。我给出了一幅示意图，来形象的表述这个过程。
产生二次击穿的原因是什么？我也不知道，半导体物理学的专家们也不知道，那是发生在比我们块头小几十个数量级的视野上，电路工程师们没必要去追究了。但我们从此就知道了一点，那就是增添某个东西来限制一次击穿后集电极电流目中无人似的增大。通常的做法是在晶体管c-e之间加稳压管，以防止其一次击穿，并限制其集电极电流，再避免二次击穿。
至此前面所述的这些内容是用来灌输三极管二次击穿这个概念的。
那么我们再通过四条栅栏来圈出三极管的安全工作区域。第一、集电极电流Ic有个最大限制Icm。第二、集电极发射极之间的电压不能超过额定最大电压Vceo。第三、三极管消耗的功率不能超过集电结最大耗散功率Pcm。因为功耗大的话会造成晶体管温度的显著上升。当其温度超过允许值后，集电极电流将急剧增大而烧坏管子。硅管的结温允许值为120~180°C，锗管的结温允许值为85°C左右。这就是大功率三极管经常伴随着散热器出现在PCB板上的原因。第四、在高压小电流区，则有二次击穿功耗Psb来限制。一般情况下，半导体器件生产厂家的产品资料会提供这些栅栏围成的区域的示意图。
既然知道了这个并不广阔的栅栏区，我们就得设计一些电路来防止三极管不小心越过栅栏。最简单的方法就是在发射极和集电极之间连接一个阻尼二极管，并且二极管的正极接发射极，负极接集电极。当晶体管的集电极电压突然变负时，它可以提供电流通路，使晶体管旁路，直到集电极电压变正时为止。有
同胞就问，我的三极管闲的没事干，怎么会集电极突然变成负的？当然有这种可能了，一是电路中莫名的干扰，比如一个大的负信号脉冲。第二，假设三极管带的是大感性负载，当三极管突然停止供电时，感性负载会感应出高的多的反向电压。这种起保护作用的阻尼二极管也叫做续流二极管。不过，目前很多的器件，比如功率开关器件，都是在内部集成的有而外观上看不出来。当然，这个阻尼二极管必须是快速恢复型，以保证有非常快的速度开通，所以很多采用1N4007这类普通二极管做保护用的，其实很多中场合里就是在装模做样罢了。另外这个阻尼二极管的耐压要达到晶体管ce截止电压的2倍。
在晶体管做开关的场合里，也可以用RC阻尼网络来保护晶体管。如图b所示。RC吸收网络能拟制晶体管集电极与发射极之间出现的浪涌冲击电压。图b的这种类型是充放电型阻尼网络。当晶体管关断时，电容c通过电阻R被充电，充电电压接近Vcc。当晶体管导通时，C再经电阻R放电。实际上，吸收回路消耗了一定的功率，减轻了开关管的负担。但正因为它本身消耗很多功率，所以不适合在较高频率场合下使用。
那么在图c和d中提供的变形，因为增加了一个二极管，那么在开关关断时，二极管对电阻充当短路器，从而提高了阻尼网络对电压的吸收效果。这里注意的是在RC网络中c的大小要特别注意，C小了相当于没起作用，大了能量又不能充分回流，所以不能大也不能小，否则都是对能量的浪费。C和R的选择可参考一下标准：
其实电路中对于晶体管的保护形式是多种多样的，本文的历史使命就是让你认识到了有这么一种领域或者概念，那么，就让我们加油吧。
三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。 在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。 而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集 极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体， 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中 性的p型区和n型区隔开。
三极管替换及常用开关三极管 三极管替换及常用开关三极管 gaost 发表于2009-5-4 8:44:00 8 推荐 一、三极管的类型及材料 初学者首先必须清楚三极管的类型及材料。常用三极管的类型有NPN型与PNP型两种。由于这两类三极管工作(工作总结)时对电压的极性要求不同，所以它们是不能相互代换的。 三极管的材料有锗材料和硅材料。它们之间最大的差异就是起始电压不一样。锗管PN结的导通电压为0.2V左右，而硅管PN结的导通电压为0.6～0.7V。在放大电路中如果用同类型的锗管代换同类型的硅管，或用同类型的硅管代换同类型的锗管一般是可以的，但都要在基极偏置电压上进行必要的调整，因为它们的起始电压不一样。但在脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管是否能互换必须具体分析，不能盲目代换。 二、三极管的主要参数 选用三极管需要了解三极管的主要参数。若手中有一本晶体管特性手册最好。三极管的参数很多，根据实践经验，我认为主要了解三极管的四个极限参数：ICM、BVCEO、PCM及fT即可满足95%以上的使用需要。 1. ICM是集电极最大允许电流。三极管工作(工作总结)时当它的集电极电流超过一定数值时，它的电流放大系数β将下降。为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。所以在使用中当集电极电流IC超过ICM时不至于损坏三极管，但会使β值减小，影响电路的工作(工作总结)性能。 2. BVCEO是三极管基极开路时，集电极-发射极反向击穿电压。如果在使用中加在集电极与发射极之间的电压超过这个数值时，将可能使三极管产生很大的集电极电流，这种现象叫击穿。三极管击穿后会造成永久性损坏或性能下降。 3. PCM是集电极最大允许耗散功率。三极管在工作(工作总结)时，集电极电流在集电结上会产生热量而使三极管发热。若耗散功率过大，三极管将烧坏。在使用中如果三极管在大于PCM下长时间工作(工作总结)，将会损坏三极管。需要注意的是大功率三极管给出的最大允许耗散功率都是在加有一定规格散热器情况下的参数。使用中一定要注意这一点。 4. 特征频率fT。随着工作(工作总结)频率的升高，三极管的放大能力将会下降，对应于β=1时的频率fT叫作三极管的特征频率。 三、一般小功率三极管的选用 小功率三极管在电子电路中的应用最多。主要用作小信号的放大、控制或振荡器。选用三极管时首先要搞清楚电子电路的工作(工作总结)频率大概是多少。如中波收音机振荡器的最高频率是2MHz左右；而调频收音机的最高振荡频率为120MHz左右；电视机中VHF频段的最高振荡频率为250MHz左右；UHF 频段的最高振荡频率接近1000MHz左右。工程设计中一般要求三极管的fT大于3倍的实际工作(工作总结)频率。所以可按照此要求来选择三极管的特征频率fT。由于硅材料高频三极管的fT一般不低于50MHz，
一种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。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。 Vcc 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 ）。 1三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： Vcc Ic（tfefi）二—— R LD 因此，基极电流最少应为： 丁Ic(sat) VCC T 二一二閒
型号 标志 封装型号 标志 封装型号 标志 封装型号 标志 封装2PA1576Q FtQ SC-70BC808W 5Ht SOT323BC847BW 1Ft SOT323BC857B 3Fp SOT23 2PA1576R FtR SC-70BC808-16 5Ep SOT23BC847C 1Gp SOT23BC857BS 3Ft SC-88 2PA1576S FtS SC-70BC808-16W 5Et SOT323BC847CT 1G SC-75BC857BT 3F SC-75 2PA1774Q YQ SC-75BC808-25 5Fp SOT23BC847CW 1Gt SOT323BC857BW 3Ft SOT323 2PA1774R YR SC-75BC808-25W 5Ft SOT323BC847W 1Ht SOT323BC857C 3Gp SOT23 2PA1774S YS SC-75BC808-40 5Gp SOT23BC848 1Mp SOT23BC857CT 3G SC-75 2PB1219AQ DtQ SC-70BC808-40W 5Gt SOT323BC848A 1Jp SOT23BC857CW 3Gt SOT323 2PB1219AR DtR SC-70BC817 6Dp SOT23BC848AT 1J SC-75BC857W 3Ht SOT323 2PB1219AS DtS SC-70BC817W 6Dt SOT323BC848AW 1Jt SOT323BC858 3Mp SOT23 2PB709AQ BQ SC-59BC817-16 6Ap SOT23BC848B 1Kp SOT23BC858A 3Jp SOT23 2PB709AR BR SC-59BC817-16W 6At SOT323BC848BT 1K SC-75BC858AT 3J SC-75 2PB709AS BS SC-59BC817-25 6Bp SOT23BC848BW 1Kt SOT323BC858AW 3Jt SOT323 2PB710AQ DQ SC-59BC817-25W 6Bt SOT323BC848C 1Lp SOT23BC858B 3Kp SOT23 2PB710AR DR SC-59BC817-40 6Cp SOT23BC848CT 1L SC-75BC858BT 3K SC-75 2PB710AS DS SC-59BC817-40W 6Ct SOT323BC848CW 1Lt SOT323BC858BW 3Kt SOT323 2PC4081Q ZtQ SC-70BC818 6Hp SOT23BC848W 1Mt SOT323BC858C 3Lp SOT23 2PC4081R ZtR SC-70BC818W 6Ht SOT323BC849 2Dp SOT23BC858CT 3L SC-75 2PC4081S ZtS SC-70BC818-16 6Ep SOT23BC849B 2Bp SOT23BC858CW 3Lt SOT323 2PC4617Q ZQ SC-75BC818-16W 6Et SOT323BC849BW 2Bt SOT323BC858W 3Mt SOT323 2PC4617R ZR SC-75BC818-25 6Fp SOT23BC849C 2Cp SOT23BC859 4Dp SOT23 2PC4617S ZS SC-75BC818-25W 6Ft SOT323BC849CW 2Ct SOT323BC859A 4Ap SOT23 2PD1820AQ AtQ SC-70BC818-40 6Gp SOT23BC849W 2Dt SOT323BC859AW 4At SOT323 2PD1820AR AtR SC-70BC818-40W 6Gt SOT323BC850 2Hp SOT23BC859B 4Bp SOT23 2PD1820AS AtS SC-70BC846 1Dp SOT23BC850B 2Fp SOT23BC859BW 4Bt SOT323 2PD601AQ ZQ SC-59BC846A 1Ap SOT23BC850BW 2Ft SOT323BC859C 4Cp SOT23 2PD601AR ZR SC-59BC846AT 1A SC-75BC850C 2Gp SOT23BC859CW 4Ct SOT323 2PD601AS ZS SC-59BC846AW 1At SOT323BC850CW 2Gt SOT323BC859W 4Dt SOT323 2PD602AQ XQ SC-59BC846B 1Bp SOT23BC850W 2Ht SOT323BC860 4Hp SOT23 2PD602AR XR SC-59BC846BT 1B SC-75BC856 3Dp SOT23BC860A 4Ep SOT23 2PD602AS XS SC-59BC846BW 1Bt SOT323BC856A 3Ap SOT23BC860AW 4Et SOT323 BC807 5Dp SOT23BC846W 1Dt SOT323BC856AT 3A SC-75BC860B 4Fp SOT23 BC807W 5Dt SOT323BC847 1Hp SOT23BC856AW 3At SOT323BC860BW 4Ft SOT323 BC807-16 5Ap SOT23BC847A 1Ep SOT23BC856B 3Bp SOT23BC860C 4Gp SOT23 BC807-16W 5At SOT323BC847AT 1E SC-75BC856BT 3B SC-75BC860CW 4Gt SOT323 BC807-25 5Bp SOT23BC847AW 1Et SOT323BC856BW 3Bt SOT323BC860W 4Ht SOT323 BC807-25W 5Bt SOT323BC847B 1Fp SOT23BC856W 3Dt SOT323BC868 CAC SOT89 BC807-40 5Cp SOT23BC847BPN 13t SC-88BC857 3Hp SOT23BC868-10 CBC SOT89 BC807-40W 5Ct SOT323BC847BS 1Ft SC-88BC857A 3Ep SOT23BC868-16 CCC SOT89 BC808 5Hp SOT23BC847BT 1F SC-75BC857AT 3E SC-75BC868-25 CDC SOT89 BC857AW 3Et SOT323BC869 CEC SOT89 BC869-16 CGC SOT89BCV49 EG SOT89BCX51-10 AC SOT89BF820W 1Vt SOT323 BC869-25 CHC SOT89BCV61 1Mp SOT143B BCX51-16 AD SOT89BF821 1Wp SOT23 BCF29 C7p SOT23BCV61A 1Jp SOT143B BCX52 AE SOT89BF822 1Xp SOT23 BCF30 C8p SOT23BCV61B 1Kp SOT143B BCX52-10 AG SOT89BF822W 1Wt SOT323
三极管开关电路工作原理解析 图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(C utoff Region)、线性区(Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，I B 的值适中(VBE = 0.7 V)，I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE I B可被IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B -E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，I c 与IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值，Ic 图3、截止态如同断路线图图4、饱和态如同通路 实验：三极管的开关作用 简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号VIN 从0 调到最大(等分为约20 个间隔)，观察并记录对的VOUT 以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时，VOUT = 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区，开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。同样将输入信号VIN 从0 调到最大(等分为约20 个间隔)，观察并记录对应的VOUT 以及LED 的亮度。 常用三极管型号及参数 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型IRFU020 50V 15A 42W **NMO场效应 IRFPG42 1000V 4A 150W ** NMO场效应 IRFPF40 900V 4.7A 150W ** NMO场效应 IRFP9240 200V 12A 150W ** PMOS场效应 IRFP9140 100V 19A 150W **PMOS场效应 IRFP460 500V 20A 250W ** NMO场效应 IRFP450 500V 14A 180W **NMO场效应IRFP440 500V 8A 150W **NMO场效应IRFP353 350V 14A 180W **NMO场效应IRFP350 400V 16A 180W **NMO场效应IRFP340 400V 10A 150W **NMO场效应IRFP250 200V 33A 180W **NMO场效应IRFP240 200V 19A 150W **NMO场效应IRFP150 100V 40A 180W **NMO场效应晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型IRFP140 100V 30A 150W **NMO场效应IRFP054 60V 65A 180W **NMO场效应IRFI744 400V 4A 32W **NMO场效应IRFI730 400V 4A 32W **NMO场效应IRFD9120 100V 1A 1W **NMO场效应IRFD123 80V 1.1A 1W **NMO场效应IRFD120 100V 1.3A 1W **NMO场效应IRFD113 60V 0.8A 1W **NMO场效应IRFBE30 800V 2.8A 75W **NMO场效应 三极管开关电路工作原理解析图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3种工作区域：截止区(CutoffRegion)、线性区(Activ eR egion)、饱和区(SaturationRegion)。三极管是以B极电流IB作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB趋近于0(VBE 亦趋近于0)，C极与E极间约呈断路状态，IC=0，VCE=VCC。若三极管是在线性区，B-E接面为顺向偏压，B-C接面为逆向偏压，IB的值适中(VBE=0.7V)，IC=hF 三极管开关电路工作原理解析 图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区(Activ e Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，IC= 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中(VBE = 0.7 V)，I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值，Ic<hFE IB 是必然的。三极管在截止态时C-E 间如同断路，在饱和态时C-E 间如同通路(带有0.2 V 电位降)，因此可以作为开关。控制此开关的是IB，也可以用VBB 作为控制的输入讯号。图三、四分别显示三极管开关的通路、断路状态，及其对应的等效电路。 图1 NPN 三极管共射极电路图2 共射极电路输出特性曲 常用开关管、场管、IC参数、国内外相似替换型号 分类:液晶屏维修实例 2009.7.9 12:15 作者：龙哥 | 评论：0 | 阅读：0 2SC1885 150V,0.05A 0.75,200MHZ BF297,BF422,BF391,3DG180K NPN 2SC2336 180V,1.5A,25W,95MHZ 2SC2238A,2SC2238B,2SC2660, NPN 2SD478,2SD608A,2SD760,2SD1138, 3DA25F 2SC3306 500V,10A,100W BUV48A,BUV48B,BUV48C,BUW13 NPN 2SC2740,2SC3042,2SC3277,2SC3365 2SC3842,2DK308C 2SC3461 1100V,8A,140W BU902,2SC3643,2SC3847,2SC3982, NPN 2SD1433 2SC3746 80V,5A,20W 2SC3253,2SC3258,2SC3540,2SC3691 NPN 2SC4549,2SD1270,2SC1832 2SC3866 900V,3A,40W 2SC2979,2SC3178,2SC3559,2SC3979 NPN 2SC4303 2SC3953 2SC3886 1400V,8A,50W BU508AF,2SC3847,2SC3896,2SD1850 NPN 2SD1886 2SC3997 1500V,20A,250W - NPN 2SC4111 1500V,10A,150W 2SC3307,2SC3897,2SC3995 N PN 2SC4159 180V,1.5A,15W 2SC3298A,2SC3298B,2SD1763A,2SD177 2 NPN 2SC4288 1400V,12A,200W 2SC3910,2SC3995 NPN 2SC4538 2SC4633 1500V,0.03A,7W 2SC4451,2SC4576 NPN 2SC4686A 1500V,0.05A,10W 2SC4578 NPN 2SC4833 500V,5A,35W BUT11AF,2SC3310,2SC3570,2SC4026 NPN 2SC4054,2SC4160,2SC4073,2SC4371 2SC4834 500V,8A,45W BU306F,BUT12AF,2SC3626,2SC4130, NPN 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)/Ib c=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? 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。说明三极管截止时，iB并不是为0，而等于-ICBO。基极开路时，外加电源电压VCC使集电结反向偏置，发射结正向偏置晶体三极管基极电流iB=0时，晶体管并未进入截止状态，这时iE=iC =ICEO还是较大 谈谈三极管的开关功能 三极管的工作机理本质上就是通过be之间的电流来控制ce之间的电流。所以b极叫基极也叫控制极。本科生们关于三极管的一个粗糙的印象是三极管有放大作用，至于放大什么东西，可能有相当一部分人也含糊不清。我们这里说的放大，当然是指be间的电流来控制gemfield倍于它的流经ce之间的电流，这个gemfield，通常是100左右。形象的说，Ic就是将Ib放大100倍所得的电流。 三极管的工作有三种状态，即截止状态、线性放大状态、饱和状态。其实我本人是非常不喜欢这三个名字的。只是另起炉灶的话，会浪费更多的精力，也就罢了。不过深刻了解了这三种工作状态，以后便可以真正做到胸有成竹，从而看透电路中万变不离其宗的三级管用法。 那就先说截止状态吧。在描述三极管工作条件时，经常会蹦出正偏或者反偏这类词语，比如集电结反偏。这些词语也是令我很讨厌的一类词语，仿佛就是一个个骗子，将初始时我们对于森林的好奇最终引向了弥漫着雾气的杂草丛生的沼泽地带。所以我先费些笔墨来解释一下这个词语。所谓正偏，即两极间加的电压与PN结的导通方向一致，如本例中的2n5550 安森美NPN硅管，对于b、e构成的发射结来说，b极电位高于e极电位，就叫发射结正偏，相反则叫反偏！而对于b、c构成的集电结来说，b极电位高于c极电位，就叫集电结正偏，相反就叫反偏。 那么这个2n5550三极管什么时候处于截止状态呢？我们说当我们打开三极管的钥匙——be间的电压，有一个开启的电压，大约在0.5到0.6v之间。注意是b比e高0.5到0.6v，也就是说当b的电位比e 的电位高不出这个电压时，比如是0.4v或者0.1v或者-0.1v，我们就说三极管陷入了截止状态。这个时候，从c流向e的电流很小——只有1微安以下，因为我们还不具备开启三极管的钥匙。在multisim 10的电路仿真中，当ce间的电压为5v，Vbe钥匙电压为0.4v时，流经ce电流（Ic）为800多纳安。ce之间5v 这个还算可以的电压才仅仅产生了Ic纳安级渺小的电流。只能说ce间的电阻太大了。所以说，这个时候的ce间电阻很大，我们把它近似于开路。 所以对截止状态做个总结时，我们就说当be这把开启钥匙没有达到开启电压时（0.5到0.6）时，ce开路。这时的三极管你可以说它是装饰物，也可以说它是石头，甚至你把它从电路中拿走也没关系。这就是第一个我们要阐述的三极管的官员状态——我在休息，什么也不做。 不过不幸的是，下面还有一大段话要啰嗦。这些谆谆教诲对于三极管的任意一种工作状态都是适用的： 截止状态也不是说因为不用工作，所以就没有什么参数限制了。这是不对的，就像官员上班时间也在休息，甚至都有人在打麻将，ok，这是没关系的，反正也不会丢掉乌纱帽。但你不能放火烧房子，这个就不行了。同样，三极管在be的电位差不足前面提到的那个钥匙电压时不工作，但是be之间的电位差也不能太低了。比如，是一个很大的负值，这就是说e的电位反而比b的电位高很多。我们都知道三极管的be之间像一个pn结，那么毫无疑问也有一个反向耐压值。所以这块儿也有一个这样的值，就是说发射极的电位不能比基极高出那么多的一个值，是多少呢？对于2N5550来说，是6v，也就是说当Vbe<-6v时，三极管的发射结可能会被反向击穿。 第一节基本三极管开关基本电路设计 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。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， 图1 基本的三极管开关 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)。838电子 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﹕ 晶体三极管的结构作用与开关特性 在数字电路设计的中，往往需要把数字信号经过开关扩流器件来驱动一些蜂鸣器、LED、继电器等需要较大电流的器件，而用得最多的开关器件要数三极管。 三极管通常也称双极型晶体管（BJT），简称晶体管或三极管。三极管在电路中常用字母T来表示。因三极管内部的两个PN结相互影响，使三极管呈现出单个PN结所没有的电流放大的功能。因此充分了解晶体三极管的结构作用对提高开关电路的设计有很大帮助，这次华强北IC代购网对三极管的开关特性展开以下介绍。 晶体三极管的结构作用介绍 导体二极管内部只有一个PN结，若在半导体二极管P型半导体的旁边，再加上一块N型半导体如图5-1（a）所示。由图5-1（a）可见，这种结构的器件内部有两个PN结，且N型半导体和P型半导体交错排列形成三个区，分别称为发射区，基区和集电区。从三个区引出的引脚分别称为发射极，基极和集电极，用符号e、b、c来表示。处在发射区和基区交界处的PN结称为发射结；处在基区和集电区交界处的PN结称为集电结。具有这种结构特性的器件称为三极管。 图5-1（a）所示三极管的三个区分别由NPN型半导体材料组成，所以这种结构的三极管称为NPN型三极管，图5-1（b）是NPN型三极管的符号，符号中箭头的指向表示发射结处在正向偏置时电流的流向。 根据同样的原理，也可以组成PNP型三极管，图5-2（a）、（b）分别为PNP型三极管的内部结构和符号。由图5-1和图5-2可见，两种类型三极管符号的差别仅在发射结箭头的方向上，理解箭头的指向是代表发射结处在正向偏置时电流的流向，有利于记忆NPN和PNP型三极管的符号，同时还可根据箭头的方向来判别三极管的类型。 三极管开关原理[2009年05月21日] 2009-05-21 22:09 图1 NPN 三极管共射极电路图2 共射极电路输出特性曲 图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区(Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (V BE亦趋近于0)， C 极与E 极间约呈断路状态，I C = 0，V CE = V CC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中(V BE = 0.7 V)，I C =h F E I B呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc h FE I B可被I B操控。若三极管在饱和区，I B很大，V BE= 0.8 V，V CE = 0.2 V，V BC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc，Ic与I B无关了，因此时的I B大过线性放大区的I B值，Ic 三极管和MOS管做开关用时的区别 ?我们在做电路设计中三极管和MOS管做开关用时候有什么区别工作性质： 1.三极管用电流控制，MOS管属于电压控制. 2、成本问题：三极管便宜，MOS管贵。 3、功耗问题：三极管损耗大。 4、驱动能力：MOS管常用来电源开关，以及大电流地方开关电路。 实际上就是三极管比较便宜，用起来方便，常用在数字电路开关控制。 MOS管用于高频高速电路，大电流场合，以及对基极或漏极控制电流比较敏感的地方。 一般来说低成本场合，普通应用的先考虑用三极管，不行的话考虑MOS管 实际上说电流控制慢，电压控制快这种理解是不对的。要真正理解得了解双极晶体管和MOS晶体管的工作方式才能明白。三极管是靠载流子的运动来工作的，以npn管射极跟随器为例，当基极加不加电压时，基区和发射区组成的pn结为阻止多子（基区为空穴，发射区为电子）的扩散运动，在此pn结处会感应出由发射区指向基区的静电场（即内建电场），当基极外加正电压的指向为基区指向发射区，当基极外加电压产生的电场大于内建电场时，基区的载流子（电子）才有可能从基区流向发射区，此电压的最小值即pn结的正向导通电压（工程上一般认为0.7v）。但此时每个pn结的两侧都会有电荷存在，此时如果集电极-发射极加正电压，在电场作用下，发射区的电子往基区运动（实际上都是电子的反方向运动），由于基区宽度很小，电子很容易越过基区到达集电区，并与此处的PN的空穴复合（靠近集电极），为维持平衡，在正电场的作用下集电区的电子加速外集电极运动，而空穴则为pn结处运动，此过程类似一个雪崩过程。集电极的电子通过电源回到发射极，这就是晶体管的工作原理。三极管工作时，两个pn结都会感应出电荷，当做开关管处于导通状态时，三极管处于饱和状态，如果这时三极管截至，pn结感应的电荷要恢复到平衡状态，这个过程需要时间。而MOS三极管工作方式不同，没有这个恢复时间，因此可以用作高速开关管。 ?（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。 （2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。 开关三极管主要失效分析 1、先介绍下耗散功率，三极管工作时，由于电流热效应，会消耗一定的功率，这就是耗散功率。耗散功率主要由集电极耗散功率组成：PT≈VceIc即PT≈PCM，下面分析开关三极管失效的几种情况： 1）由于三极管的工作电流受温度的影响很大，因此当三极管工作时，耗散功率转化为热，使集电结结温升高，集电结结电流进一步加大，会造成恶性循环使三极管烧毁。这种情况叫热击穿。使三极管不发生热击穿的最高工作温度定义为最高结温。 2）当三极管未达到最高结温时，或者未超过最大耗散功率时，由于材料的缺陷和工艺的不均匀性，以及结构原因造成的发射区电流加紧效应，使得三极管的工作电流分布不均匀。当电流分布集中在某一点时，该点的功耗增加，引起局部温度增高，温度的增高反过来又使得该处的电流进一步增大，从而形成“过热点”，其温度若超过金属电极与半导体的共熔点，造成三极管烧毁。另一方面，局部的温升和大电流密度会引起局部的雪崩（击穿），此时的局部大电流能使三极管烧通，使击穿电压急剧降低，电流上升，最后导致三极管烧毁。这种情况就是所谓的二次击穿。 二次击穿是功率开关管失效的重要原因,三极管二次击穿的特性曲线如图6所示。为保证三极管正常工作，提出了安全工作区SOA的概念。 SOA示意图如图案所示,它由集电极最大电流Icm线、击穿电压BVceo线、集电极最大耗散功率Pcm 线和二次击穿功耗Psb线组成。由于使用时工作电流和最大电压的设计都不会超过三极管的额定值，因此，正常情况下，集电极耗散功率和二次击穿特性就是造成三极管失效烧毁的主要因素 2、既然分析了开关三极管的失效主要因素，那么下面再讨论一下怎么减少失效。很明显降低三极管的失效重要的是要尽量降低三极管工作时的功率、改善二次击穿特性，这两者其实是相关的。由二次击穿的发生机理可知，温度上升，导致三极管HFE增大，开关性能变差，二次击穿特性变差（更容易发生二次击穿）；温度的升高，也使得三极管的实际耗散功率参数变差，三极管的安全工作区变小了。反过来，由于三极管的耗散功率主要和三极管的热阻有关，耗散功率小，实际上也就是其所能承受的电流电压低，散热性能差，同样也影响到了二次击穿特性。 因此，防止工作时三极管温升过高、提高三极管的耗散功率，是提高三极管质量的最有效办法。 1）热阻三极管工作中，当PN结温度超过允许最高结温时，三极管消耗的功率就是三极管的集电极最大耗散功率。由于一定材料的最高结温是一定的，因此，提高三极管的散热性能，就是提高三极管的耗散功率，同时，散热性能好，管子的温升就低，也降低了二次击穿的可能性，这是提高二次击穿特性的重要因素。热阻作为大功率管的一个重要参数，代表了三极管的散热能力。热阻与耗散功率的关系为：Pcm=(Tjm－Ta)/RT其中Tjm为最高结温，Ta为环境温度，RT为热阻。可见，当最高结温和环境温度一定时，耗散功率的大小取决于热阻的大小。在开关电源中作开关的三极管，应选用热阻尽可能低的管子。除了三极管芯片本身之外，后工序装配的材料、工艺和质量对热阻的影响也非常大。 2）开关参数三极管工作于饱和和截止状态，因此三极管的开关参数对其工作情况有重大的影响。三极管的开关参数有4个：延迟时间td、上升时间tr、储存时间ts和下降时间tf,如图8所示的开关波形图.管子由截止到饱和时，过渡时间受延迟时间和上升时间的影响，由饱和到截止时，过渡时间受存储时间和下降时间的影响。三极管在不同工作状态时消耗的功率为： 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。 Vcc 團1基本的三极管开关 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(saturati on) 。 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： 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﹕常用三极管型号及参数
三极管开关电路工作原理解析
常用开关管对照
三极管开关电路分析及Rb计算
谈谈三极管的开关功能
三极管作为开关电路的设计及应用
晶体三极管的结构作用与开关特性
三极管开关电源的原理及其应用
三极管和MOS管做开关用时的区别
开关三极管主要失效分析
三极管开关电路
三极管开关电路设计详细过程
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