开关三极管的使用和连接 浅谈开关三极管的使用

三极管在我们的生活当中应用十分广泛，到处都可见到它的身影。关于它了解多少？你知道什么是开关三极管吗？你知道开关三极管的使用与连接吗？本文接下来将会为你一一介绍。

开关三极管

开关三极管（Switch transistor）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(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（关闭状态），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（连接状态），此时三极管乃工作于饱和区(saturation)。

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。而处于放大状态的三极管的特征是发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。这也是可以使用电压表测试发射结，集电结的电压值判定三极管工作状况的原理。开关三极管正是基于三极管的开关特性来工作的。

工作模式

三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是表示电流的方向。

双极面结型晶体管两个类型：NPN和PNP

NPN类型包含两个n型区域和一个分隔它们的p型区域；PNP类型则包含两个p型区域和一个分隔它们的n型区域。

参质数

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，其中必须了解的四个极限参数：ICM、BVCEO、PCM、fT、TON TOFF 等，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，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。

5.开通时间、关断时间是衡量开关管响应速度的一个重要参数。

开关三极管的使用和连接

首先来说一下NPN型，这种型号的三极管在用于开关状态时，大都是按图一的接法：发射极接地，集电极接高电平，基极接控制信号。在图一里，当信号Green为高电平时，三极管导通，电流从集电极流向发射极，也就是说从Vcc到地构成一回路，这个时候发光二极管导通发光。其次对于PNP型的三极管，用于开关状态时，一般都是按图二的接法：发射极接高电平，当基极收到低电平信号时，三极管导通，也即电流从发射极流向集电极。

由上图可见，若三极管三端加的电压不正确会损坏三极管，在三极管的Datasheet里都有标出击穿电压的参数:

三极管的反向工作电压应小于击穿电压的(1/2～1/3)，以保证管子安全可靠地工作。

当然，有得初学者会提出对Vcbo>Vceo有所疑问：因为有资料介绍三极管的击穿电压，BVceo怎么会小于BVcbo，应该BVceo约=BVcbo+0.6v才对啊!解答是：BE是正偏，BC是反偏，关系当然不是加，而是VCE=VCB-0.7中E所以VBO>VCEO。

开关三极管的使用误区

如图（a）所示，用NPN三极管，蜂鸣器连接到三极管的集电极，驱动信号是常见的3.3V或者5V   TTL电平，高电平导通，电阻按照经验值取4.7KΩ，三极管导通时假设高电平为5v,基极电流为：

Ib=（5-0.7）V ÷4.7KΩ = 0.9mA

它可以使 三极管完全饱和。

如图（b）所示，用NPN三极管，同样把蜂鸣器连接到三极管集电极，不同的是 是还用的驱动信号是5V的TTL电平。

以上两个电路都可以正常工作，只要PWM驱动信号工作在合适的频率下，蜂鸣器（有源）就会发出最大的声音。

图2和图1对比，最大的区别就是被驱动器件连接到了三极管的发射机。

如图（c）所示，三极管导通时假设高电平是5V，基极电流为

Ib=（5-0.7-UL）V ÷4.7KΩ 

其中，UL为被驱动器件上的压降。可以看出，同样取积极电阻为4.7KΩ ，流过基极的电流会比图1中的（a）电路电流要小，小多少需要看UL为多少：如果UL较大，那么相应的Ib也就会很小，很有可能导致三极管无法工作在饱和状态，使得驱动器件无法动作 。有人认为把基极电阻调小就好了，可是被驱动器件的压降是很难获知的，有些被驱动器件的压降是变动的，这样一来 ，基极电阻就很难选择合适：阻值选的太大，会导致驱动失败 ； 阻值选择太小，损耗又变大。所以，不在万不得已的情况下，不建议用图2的两种电路。

如图3，驱动信号为3.3V电平，而被驱动器件导通电压需要5V。在3.3V单片机电路中，若不小心，就容易设计出这两种电路。

如图（e）所示，这是典型的“发射极正偏，集电极反偏”的放大电路，或者叫做射极输出器。当PWM信号为3.3V时，三极管发射极电压为3.3V-0.7V=2.6V，无法达到期望的5V。

如图（f）所示，这是一个失败的电路。首先，这个电路无法断开，当驱动信号PWM为3.3V高电平是，Ube=5V-3.3V = 1.7V 仍然可以使三极管导通，于是电路无法断开。在这里，有人会说用过这个电路，他没有问题，而且单片机的电压也是3.3V。笔者个人认为这个人用的是OD（开漏）驱动方式，而且是真正的ＯＤ或者是５Ｖ可以容忍的ＯＤ，比如ＳＴＭ３２的很多IO都可以设置为OD门驱动方式，输出高电平，信号就变成了高阻态，流过基极电流为0，三极管可以有效截止，这时候图（f）依然有效。

结语

关于开关三极管的介绍就到这了，希望通过本文能让你对开关三极管有更深的料及。

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