三极管的开关原理

玩转电子：探究npn三极管开关工作原理
npn三极管是一种重要的半导体器件，在许多电子设备中广泛应用。

它的工作原理可以用一张生动的图表来解释。

首先，我们需要知道npn三极管由两个pn结组成，其中一个p型
半导体夹在两个n型半导体之间。

当正极电压施加在集电极上时，集
电极和发射极之间的区域就形成了一个正向偏置，导致电子从n型区
流向p型区，同时空穴从p型区流向n型区。

这种电子和空穴的流动
使得集电极和发射极之间形成一条导电的通路，从而使npn三极管处
于导通状态。

但是，如果我们想把npn三极管变成开关，就需要在基极与发射
极之间加入一个电路控制器，比如一个开关。

当电路控制器处于关闭
状态时，基极的电压就很小，无法激活npn三极管的导电通路，从而
将它处于断开状态。

相反，当电路控制器处于开启状态时，基极的电
压就会大于n型半导体和p型半导体之间的结电压，从而将npn三极
管激活成导通状态。

总之，npn三极管的开关原理主要是通过控制基极与发射极之间的电压来实现。

当基极电压大于结电压时，npn三极管导通，反之则断开。

在实际应用中，我们可以使用npn三极管来控制电流或电压的大小，
从而实现自动化控制的目的。

三极管开关电路图原理及设计详解晶体管开关电路（工作在饱和态）在现代电路设计应用中屡见不鲜，经典的74LS，74ALS等集成电路内部都使用了晶体管开关电路，只是驱动能力一般而已。

TTL晶体管开关电路按驱动能力分为小信号开关电路和功率开关电路；按晶体管连接方式分为发射极接地（PNP晶体管发射极接电源）和射级跟随开关电路。

1. 发射极接地开关电路1.1 NPN型和PNP型基本开关原理图：上面的基本电路离实际设计电路还有些距离：由于晶体管基极电荷存储积累效应使晶体管从导通到断开有一个过渡过程（当晶体管断开时，由于R1的存在，减慢了基极电荷的释放，所以Ic不会马上变为零）。

也就是说发射极接地型开关电路存在关断时间，不能直接应用于中高频开关。

1.2 实用的NPN型和PNP型开关原理图1（添加加速电容）：解释：当晶体管突然导通（IN信号突然发生跳变），C1瞬间短路，为三极管快速提供基极电流，这样加速了晶体管的导通。

当晶体管突然关断（IN信号突然发生跳变），C1也瞬间导通，为卸放基极电荷提供一条低阻通道，这样加速了晶体管的关断。

C通常取值几十到几百皮法。

电路中R2是为了保证没有IN输入高电平时三极管保持关断状态；R4是为了保证没有IN输入低电平时三极管保持关断状态。

R1和R3是基极电流限流用。

1.3 实用的NPN型开关原理图2（消特基二极管钳位）：解释：由于消特基二极管Vf为0.2至0.4V比Vbe小，所以当晶体管导通后大部分的基极电流是从二极管然后通过三极管到地的，这样流到三极管基极的电流就很小，积累起来的电荷也少，当晶体管关断（IN信号突然发生跳变）时需要卸放的电荷少，关断自然就快。

1.4 实际电路设计在实际电路设计中需要考虑三极管Vceo,Vcbo等满足耐压，三极管满足集电极功耗；通过负载电流和hfe （取三极管最小hfe来计算）计算基极电阻（要为基极电流留0.5至1倍的余量）。

注意消特基二极管反向耐压。

三极管开关原理引言三极管是一种常用的电子器件，广泛应用于电子电路中。

它可以作为放大器、开关和其他电路元件的基础组件。

本文将详细解释与三极管开关原理相关的基本原理，包括三极管的结构、工作原理、工作模式以及应用案例。

三极管的结构三极管由三个相互连接的区域组成，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。

其中，发射极是三极管的输出端，基极是控制端，集电极是输入端。

三极管的结构通常有两种类型：NPN型和PNP型。

NPN型三极管中，发射极和基极是N型材料，集电极是P型材料；PNP型三极管中，发射极和基极是P 型材料，集电极是N型材料。

三极管的工作原理三极管的工作原理基于PN结的正向和反向偏置。

当PN结正向偏置时，发射极和基极之间的电压为正，电流可以流动；当PN结反向偏置时，发射极和基极之间的电压为负，电流无法流动。

在正常工作状态下，三极管的发射极和基极之间会有一个正向偏置电压，使得发射极和基极之间形成一个正向偏置的PN结。

此时，发射极和基极之间会有一个电流流过，称为基极电流（IB）。

当在三极管的基极上加上一个正向偏置电压时，基极电流会增大，导致发射极电流（IE）也增大。

此时，三极管处于放大器模式，可以放大输入信号。

当在三极管的基极上加上一个负向偏置电压时，基极电流会减小，导致发射极电流也减小。

当基极电流减小到一定程度时，发射极电流几乎为零，三极管处于截止模式，无法放大输入信号。

三极管的工作模式根据三极管的工作状态，可以将其分为三种工作模式：放大模式、截止模式和饱和模式。

放大模式当三极管的基极电流适当增大时，三极管处于放大模式。

此时，三极管可以放大输入信号，并将其输出到集电极。

放大模式下，三极管的集电极电流（IC）与基极电流之间存在一个比例关系，称为放大倍数（β）。

当三极管的基极电流减小到一定程度时，三极管处于截止模式。

此时，三极管无法放大输入信号，集电极电流几乎为零。

饱和模式当三极管的基极电流进一步增大时，三极管处于饱和模式。

三极管开关电路设计三极管开关电路设计引言：三极管是一种重要的电子元件，广泛应用于各种电路中。

其中，三极管开关电路具有重要的应用价值。

本文将介绍三极管开关电路的设计原理、特点以及应用领域。

一、设计原理三极管开关电路是利用三极管的放大特性和开关特性来实现电路的开关控制。

其基本原理是通过控制输入信号的大小，来控制三极管的工作状态，从而实现电路的开关功能。

设计步骤：1. 确定输入信号的大小和形式：根据所需的控制功能，确定输入信号的大小和形式，可以是直流电压或者脉冲信号。

2. 选择三极管型号：根据输入信号的大小和工作频率，选择合适的三极管型号，确保其具有足够的放大能力和开关速度。

3. 确定电路拓扑结构：根据具体需求，选择合适的电路拓扑结构，常见的有共射、共基和共集等。

4. 确定电路参数：根据三极管的数据手册和电路设计要求，确定电路的各种参数，如电阻、电容等。

5. 进行电路仿真：利用电路仿真软件进行电路仿真，验证电路设计的正确性和稳定性。

6. 进行实际电路搭建：根据仿真结果，进行实际电路的搭建，确保电路能够正常工作。

7. 进行测试和调试：对实际搭建的电路进行测试和调试，确保电路的性能符合设计要求。

二、特点三极管开关电路具有以下特点：1. 响应速度快：三极管具有较高的开关速度，可以实现快速的开关控制。

2. 控制灵活：通过改变输入信号的大小和形式，可以实现对电路的灵活控制。

3. 放大能力强：三极管具有较高的放大能力，可以放大输入信号的幅度。

4. 体积小：由于三极管本身体积小，因此三极管开关电路可以实现紧凑的设计。

三、应用领域三极管开关电路广泛应用于各个领域，以下是几个常见的应用领域：1. 电源开关：三极管开关电路可以用于电源开关控制，实现对电源的高效开关和调节。

2. LED驱动：三极管开关电路可以用于LED灯的驱动控制，实现对LED灯的亮度调节和开关控制。

3. 电机控制：三极管开关电路可以用于电机的控制，实现对电机的启停和速度调节。

三极管开关电路工作原理分析图一所示是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(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，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，IchFE 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图3、截止态如同断路线图图4、饱和态如同通路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。

开关三极管的外形与普通三极管外形相同，它工作于截止区和饱和区，相当于电路的切断和导通。

由于它具有完成断路和接通的作用，被广泛应用于各种开关电路中，如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等。

开关三极管简介：开关三极管的外形与普通三极管外形相同，它工作于截止区和饱和区，相当于电路的切断和导通。

由于它具有完成断路和接通的作用，被广泛应用于各种开关电路中，如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等。

开关三极管电路图：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，此时三极管乃工作于截止(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，此时三极管乃工作于饱和区(saturation)。

开关三极管工作原理：截止状态当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，即为三极管的截止状态。

开关三极管处于截止状态的特征是发射结，集电结均处于反向偏置。

导通状态当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并且当基极的电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不再怎么变化，此时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，即为三极管的导通状态。

开关三极管处于饱和导通状态的特征是发射结，集电结均处于正向偏置。

三极管做开关原理
三极管作为开关的原理是利用其输入端（即基极）的电流控制来控制输出端（即集电极）的电流。

这里我们以 NPN型三极
管为例进行说明。

当基极接收到一个足够大的电流时，即使只有小电流流过基极，三极管的集电极和发射极之间的结区也会被打通。

这时，集电极和发射极之间会有大量的电流流过，三极管被视为“导通状态”，相当于一个开关的闭合状态。

反之，当基极没有电流通过时，三极管的集电极和发射极之间的结区会截止，几乎不允许电流通过。

此时，三极管被视为“截止状态”，相当于一个开关的断开状态。

因此，通过控制基极处的电流来控制三极管的导通与截止，可以实现三极管作为开关的功能。

举个例子，当基极的电流为0时，三极管处于截止状态，集电极和发射极之间没有电流通过。

当基极的电流增加到一定程度时，三极管会进入导通状态，集电极和发射极之间可以通过大量的电流。

在实际应用中，可以通过将三极管的基极连接到一个控制信号源，通过改变控制信号源的电流大小来控制三极管的开关状态，从而控制输出端的电流。

这样，三极管作为开关就可以应用于各种电路中，例如用于控制高电压或大电流的负载的开关，逻辑门电路中的开关等等。

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。

分成NPN和PNP 两种。

我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。

一、电流放大下面的分析仅对于NPN型硅三极管。

如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。

这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。

三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。

如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic 很大的变化。

如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。

我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

二、偏置电路三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。

这有几个原因。

首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。

当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。

但实际中要放大的信号往往远比 0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。

如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。

三极管工作原理特点三极管是一种电子元件，它是由三个控制电极构成的半导体器件，具有放大、开关、稳压等多种功能。

三极管的工作原理是基于PN结的正负载流控制原理。

下面我们来详细了解一下三极管的工作原理特点。

一、PN结的正负载流控制原理PN结是两种掺杂浓度不同的半导体材料交界处，具有正负载流控制的特性，即PN结正向偏置时，电子向正极流动，空穴向负极流动，产生少量载流子；PN结反向偏置时，少量的载流子流向结区，就会导致结区电场强度变大，反向偏压继续增加时，电场强度将会趋向饱和，结区电阻急剧增加，电流很小且几乎不变。

二、放大原理三极管的放大原理主要是利用PN结的正负载流控制特性。

在三极管放大电路中，它的基节点接有输入信号，当信号为正半个周期时，PCB板上的线路向基-发射极电极的方向施加正偏压，发射极就会流出大量的电子，集电极也就能够得到放大信号，同时将信号放大后再输出。

如此反复，我们便完成了一个基本放大电路。

三、开关原理三极管的另一个重要特性是开关原理。

当三极管的基极电压很小或接近于零时，开关处于关闭状态，此时多数载流子流不过PN结，出现负载端输出电压为低电平；基极电压增加到一定值时，三极管进入导通状态，可以使大量的载流子从发射极到集电极，出现负载端输出电压为高电平。

四、稳压原理三极管的稳压原理是利用基极-发射极的电流常数不变性。

由于PN 结的反向电压增大，电子由发射极进入基区的电流减小，而发射极电流被集电极电流补偿。

当反向电压足够大，基区电流几乎为零，这时的电压称为稳压电压，稳压原理在各种电源中得到广泛应用。

总之，三极管具有放大、开关、稳压等多种功能，可以在电子电路中起到很好的作用。

在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择不同类型的三极管，从而发挥出它的最大功效。

三极管开关电路的设计一、引言三极管是一种常见的电子器件，广泛应用于各种电路中。

其中，三极管开关电路是一种常见的电路应用，可以实现电源的开关控制。

本文将介绍三极管开关电路的设计原理和步骤。

二、设计原理三极管开关电路是利用三极管的放大特性和开关特性实现电源的开关控制。

三极管有三个引脚，分别为基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。

当基极与发射极之间的电压为正时，三极管处于导通状态，电流可以从集电极流向发射极；当基极与发射极之间的电压为负时，三极管处于截止状态，电流无法流动。

三、设计步骤1. 确定电源和负载要求：首先需要确定所需控制的电源和负载的电压和电流要求，以便选择合适的三极管和其他元件。

2. 选择三极管：根据电源和负载的电压电流要求，选择合适的三极管。

常见的三极管有NPN型和PNP型，根据电路需要选择合适的型号。

3. 确定电阻和电容：根据所选择的三极管的参数和电路要求，计算所需的基极电阻和发射极电阻，以及可能需要的耦合电容。

4. 绘制电路图：根据所选元件和计算得到的电阻电容值，绘制电路图。

电路图应包括电源、三极管、负载以及相应的电阻和电容。

5. 进行仿真和优化：利用电路仿真软件对设计的电路进行仿真，验证电路的性能和稳定性。

根据仿真结果进行调整和优化，确保电路能够正常工作。

6. 制作和调试电路：根据电路图，选择合适的元件进行电路的制作。

制作完成后，进行电路的调试，确保电路工作正常。

7. 测试和验证：使用电压表、电流表等仪器对电路进行测试和验证，检查电路的性能和稳定性是否符合设计要求。

8. 优化和改进：根据测试和验证结果，对电路进行进一步的优化和改进，以提高电路的性能和稳定性。

四、小结三极管开关电路是一种常见的电路应用，可以实现电源的开关控制。

本文介绍了三极管开关电路的设计原理和步骤，包括确定电源和负载要求、选择三极管、确定电阻和电容、绘制电路图、进行仿真和优化、制作和调试电路、测试和验证以及优化和改进。