三极管开关电路设计汇总（十一款开关电路设计原理）

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。

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与闭合动作，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（关闭状态），此时三极管乃工作于截止区。

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（连接状态），此时三极管乃工作于饱和区。

三极管基本开关原理图：

1.基极必须串接电阻，保护基极，保护CPU的IO口。

2.基极根据PNP或者NPN管子加上拉电阻或者下拉电阻。

3.集电极电阻阻值根据驱动电流实际情况调整。同样基极电阻也可以根据实际情况调整。

基极和发射极需要串接电阻，该电阻的作用是在输入呈高阻态时使晶体管可靠截止，极小值是在前级驱动使晶体管饱和时与基极限流电阻分压后能够满足晶体管的临界饱和，实际选择时会大大高于这个极小值，通常外接干扰越小、负载越重准许的阻值就越大，通常采用10K量级。

防止三极管受噪声信号的影响而产生误动作，使晶体管截止更可靠。三极管的基极不能出现悬空，当输入信号不确定时（如输入信号为高阻态时），加下拉电阻，就能使有效接地。

特别是GPIO连接此基极的时候，一般在GPIO所在IC刚刚上电初始化的时候，此GPIO的内部也处于一种上电状态，很不稳定，容易产生噪声，引起误动作。加此电阻，可消除此影响（如果出现一尖脉冲电平，由于时间比较短，所以这个电压很容易被电阻拉低；如果高电平的时间比较长，那就不能拉低了，也就是正常高电平时没有影响）。

但是电阻不能过小，影响泄漏电流。（过小则会有较大的电流由电阻流入地）

当三极管开关作用时，ON和OFF时间越短越好，为了防止在OFF时，因晶体管中的残留电荷引起的时间滞后，在B，E之间加一个R起到放电作用。

三极管开关电路设计（一）

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。

三极管开关电路设计（二）

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。

三极管开关电路设计（三）

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=12V，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。

三极管开关电路设计（四）

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。

发射极跟随开关电路

发射极跟随的优点就是开关速度快，可应用于中高频信号的开关；R2不能太，大了电路容易受干扰；当然也不能太小，否则白白浪费前级的驱动能力。基极不需要限流电阻了，因为负载电流除以hfe就是基极电流，三极管会自动向上级所取这么大的电流。

三极管开关电路设计（五）

图所展示的是一种非常常用的三极管开关电路图，也就是工程师们比较常提到的三极管反相器电路，该种电路对NPN、PNP型三极管来说都是适合的。在该电路的运行过程中，vin无输入电位Q1截止。Vin高电平时Q1导通，Q2基极得高电位，Q2截止。

三极管开关电路设计（六）

在反相器电路的设计过程中，我们还可以利用两只NPN三极管来构成一个简单的反相器电路，图2所展示的就是这种比较简单的开关电路图设计方式。在这一开关电路中，vin无输入电位Q1截止，Q2导通。Vin接入高电平Q1导通，促使Q2基极电位下级，Q2截止。

三极管开关电路设计（七）

图1是一个简单的亮通开关。RP为光控阈值调节电位器，通过它可调节光控灵敏度（下面几个电路均相同）。白天光线较强，光敏电阻器RG呈低阻值，三极管VT导通，继电器K吸合，其常开触点闭合，接通被控电器工作。夜间，光线较暗，RG呈高电阻，VT截止，K释放，被控电器停止工作。

三极管开关电路设计（八）

图2为典型的暗通开关，它利用VT2反相原理将原来的亮通改为暗通。白天RG呈低电阻，VT1导通，其集电极输出低电平，故VT2截止，K不动作。当夜间光线较暗时，RG呈高电阻，VT1截止，其集电极输出高电平，VT2导通，K吸合动作，从而实现暗通的操作。

上述两电路，如果将光敏电阻器RG与电位器RP位置互换，则亮通就变为暗通，暗通则变为亮通。

三极管开关电路设计（九）

图3是一个实用的光控延迟开关，工作条件是：需要为RG外面制作一个遮光筒，这样平时无论外面光线强弱如何，只要无直射光线射入遮光筒，RG均无强光照射而呈高电阻。图3～图5电路均有此要求。电路工作过程是：平时RG为高电阻，VT1截止，VT2也同样截止，K不动作。当用手电筒或激光笔对准遮光筒里的RG照射一下，RG立刻呈低电阻，VT1导通，因VT1导通时其等效电阻很小，C1很快充满电荷，VT2也导通，K吸合，被控电器工作。停止光照后，VT1虽恢复截止，但C1所储存的电荷可通过R向VT2发射结放电，仍能维持VT2保持导通态。C1电荷随放电逐渐减少，当不足以维持VT2导通时，VT2即截止，K释放，被控电器停止工作。电路延迟时间主要由R与C1放电时间常数决定，但VT2的β值对延迟时间影响很大，若β值较小，就限制了R的取值，故要求β值在200以上，VT2最好能采用达林顿复合管。

三极管开关电路设计（十）

图4为双敏感器光控开关，RG1为“关”敏感器，RG2为“开”敏感器。电路工作过程为：用电筒或激光笔照一下RG2，VT2立刻导通，K吸合，其常开触点之一K-1闭合对电路自锁，另一个常开触点可使被控电器通电工作。需要关机时，只要再照射一下RG1，使VT1迅速导通，VT1的导通就将VT2的基极电位下拉迫使VT2截止，K释放，被控电器停止工作。VD2的作用是抬高VT2在导通时的基极电位，有利于照射RG1的关机操作。VD2如改用发光二极管，还能起到开关机状态指示。

三极管开关电路设计（十一）

图5是单敏感器光控开关，用激光笔或电筒照射时能实现点按一下“开机”，长按一下“关机”的操作。工作过程是：对RG短暂照射一下，VT1导通，电流一路经VT1、VD1、R2注入VT3基极，使VT3迅速导通，K动作吸合，其一个常开触点K-1闭合对电路自锁，另一个常开触点可使被控电器通电，实现“开机”操作。电流另一路经VT1、R1向C1充电，使C1两端电位上升，但由于RG受光照射时间很短，C1两端电位不可能上升到VT2的开门电平，故对电路无影响。需要关机时，只要照射RG的时间稍长些，使C1两端电位升至0.65V左右，VT2即导通，使VT3的基极电位下拉，迫使VT3截止，K释放，所有常开触点跳开，从而实现“关机”操作。VD3的作用与图4中的VD2相同，也可用发光二极管代替。