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會(huì)員注冊(cè)一、三極管開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)的可行性及必要性
可行性：用過(guò)三極管的人都清楚，三極管有一個(gè)特性，就是有飽和狀態(tài)與截止?fàn)顟B(tài)，正是因?yàn)橛辛诉@兩種狀態(tài)，使其應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電路成為可能。
必要性：假設(shè)我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)電路中，有些電壓、信號(hào)等等需要在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行切斷，但是又不能通過(guò)機(jī)械式的方式切斷，此時(shí)就只能通過(guò)軟件方式處理，這就需要有三極管開(kāi)關(guān)電路作為基礎(chǔ)了。
二、三極管基本開(kāi)關(guān)電路概述
如下（圖.1）就是一個(gè)最基本的三極管開(kāi)關(guān)電路，NPN的基極需連接一個(gè)基極電阻（R2）、集電極上連接一個(gè)負(fù)載電阻（R1）
首先我們要清楚當(dāng)三極管的基極沒(méi)有電流時(shí)候集電極也沒(méi)有電流，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，即斷開(kāi)；當(dāng)基極有電流時(shí)候?qū)?huì)導(dǎo)致集電極流過(guò)更大的放大電流，即進(jìn)入飽和狀態(tài)，相當(dāng)于關(guān)閉。當(dāng)然基極要有一個(gè)符合要求的電壓輸入才能確保三極管進(jìn)入截止區(qū)與飽和區(qū)。
三、三極管開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)及分析
（1）截止區(qū)、飽和區(qū)條件
1、進(jìn)入截止區(qū)條件：上面提到了要使三級(jí)管進(jìn)入截止區(qū)的條件是當(dāng)基極沒(méi)有電流時(shí)候，但是在什么情況下能達(dá)到此要求呢？對(duì)硅三極管而言，其基極跟發(fā)射極接通的正向偏壓約為0.6V，因此欲使三極管截止，基極輸入電壓（Vin）必須低于0.6V，以使三極管的基極電流為零。通常在設(shè)計(jì)時(shí)，為了令三極管必定處于截止?fàn)顟B(tài)，往往使Vin值低于0.3V。當(dāng)然基極輸入電壓愈接近0V愈能保證三極管必處于截止?fàn)顟B(tài)。
2、進(jìn)入飽和區(qū)條件：首先集電極要接一個(gè)負(fù)載電阻R1，基極要接一個(gè)基極電阻R2，如圖.1所示。欲將電流傳送到負(fù)載上，則三極管的集電極與發(fā)射極必須短路。因此必須使Vin達(dá)到足夠高的電位，以驅(qū)動(dòng)三極管進(jìn)入飽和工作區(qū)工作。三極管呈飽和狀態(tài)時(shí)，集電極電流相當(dāng)大，幾乎使得整個(gè)電源電壓Vcc均跨在負(fù)載電阻上，如此則Vce便接近于0，而使三極管的集電極和發(fā)射極幾乎呈短路。在理想狀況下，根據(jù)歐姆定律，三極管呈飽和時(shí)，2）基極電流最少應(yīng)為：
Ib(飽和)=Ic(sat)/β=Vcc/(β*R1)--------（公式2）基極飽和電流
上式表達(dá)出了Ic和Ib之間的基本關(guān)系，式中的β值代表三極管的直流電流增益，對(duì)某些三極管而言，其交流β值和直流β值之間有著甚大的差異。欲使開(kāi)關(guān)閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過(guò)或等于（公式2）式所要求的最低基極電流。由于基極回路只是一個(gè)基極電阻、基極與發(fā)射極接面的串聯(lián)電路，故Vin可由下式來(lái)求解：
3）基極輸入電壓Vin最少應(yīng)為：
Vin=Ib(飽和)*R2 + 0.6V=====》Vin=（+0.6V*Vcc*R2）/（β*R1）----（公式3）基極飽和輸入電壓
一旦基極電壓超過(guò)或等于(公式3) 式所求得的數(shù)值，三極管便導(dǎo)通，即進(jìn)入飽和區(qū)，使全部的供應(yīng)電壓均跨在負(fù)載電阻R1上，而完成了開(kāi)關(guān)的閉合動(dòng)作。
（2）實(shí)例分析之用三極管做為燈泡開(kāi)關(guān)
如下電路圖.2所示，燈泡的內(nèi)阻為16歐姆，基極串接電阻為1K，三極管的直流電流增益為150，現(xiàn)在我們要確定Vin的電壓為多少時(shí)候可以使三極管處于截止、飽和狀態(tài)，即可以使燈泡點(diǎn)亮或者熄滅。
1、燈泡熄滅
只要Vin小于0.3V，此時(shí)三極管進(jìn)入截止區(qū)，集電極沒(méi)有電流流過(guò)，燈泡自然就熄滅了。
2、燈泡點(diǎn)亮
要使燈泡點(diǎn)亮，則三極管的集電極必須有電流流過(guò)，即要進(jìn)入飽和區(qū)。根據(jù)公式可計(jì)算出:
集電極的飽和電流為（根據(jù)公式1）：Ic(飽和)=24V/16R=1.5A
基極飽和電流為（根據(jù)公式2）：Ib(飽和)=24V/(150*16)=10mA
基極輸入電壓為(根據(jù)公式3)：Vin=10mA*1K+0.6V=10.6V
所以，當(dāng)Vin大于或等于10.6V時(shí)候，燈泡就會(huì)點(diǎn)亮；反之，當(dāng)Vin小于或等于0.3V時(shí)候，燈泡會(huì)熄滅。
由此例子可以看出，欲利用三極管開(kāi)關(guān)來(lái)控制大到1.5A的負(fù)載電流的啟閉動(dòng)作，只須要利用甚小的控制電壓和電流即可。此外，三極管雖然流過(guò)大電流，卻不須要裝上散熱片，因?yàn)楫?dāng)負(fù)載電流流過(guò)時(shí)，三極管呈飽和狀態(tài)，其Vce趨近于零，所以其電流和電壓相乘的功率之非常小，根本不須要散熱片。
（2）實(shí)例分析之用三極管做為電壓輸出開(kāi)關(guān)
1、供電電壓Vcc=9V；Vin使用MCU的GPIO口控制，輸出電壓為：0V與3.3V；要求Vout的輸出電壓為4V/10mA。
2、9014的技術(shù)參數(shù)：
集電極最大耗散功率PCM＝0.4W（Tamb=25℃）
集電極最大允許電流ICM=0.1A 集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V 集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V 發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V基極發(fā)射極飽和壓降VBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA)
β=150
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