三极管开关电路设计电路图原理详解-德赢Vwin官网网

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1.1NPN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(cutoff)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﹕

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Vin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﹕

式2)
一旦基极电压超过或等于(式2)式所求得的数值，三极管便导通，使全部的供应电压均跨在负载电阻上，而完成了开关的闭合动作。
总而言之，三极管接成图1的电路之后，它的作用就和一只与负载相串联的机械式开关一样，而其启闭开关的方式，则可以直接利用输入电压方便的控制，而不须采用机械式开关所常用的机械引动(mechanicalactuator)﹑螺管柱塞(solenoidplunger)或电驿电枢(relayarmature)等控制方式。

为了避免混淆起见，本文所介绍的三极管开关均采用NPN三极管，当然NPN三极管亦可以被当作开关来使用，只是比较不常见罢了。
例题1试解释出在图2的开关电路中，欲使开关闭合(三极管饱和)所须的输入电压为何？并解释出此时之负载电流与基极电流值？
解﹕由2式可知，在饱和状态下，所有的供电电压完全跨降于负载电阻上，因此由方程式(1)可知

因此输入电压可由下式求得﹕

图2用三极管做为灯泡开关

由例题1-1得知，欲利用三极管开关来控制大到1.5A的负载电流之启闭动作，只须要利用甚小的控制电压和电流即可。此外，三极管虽然流过大电流，却不须要装上散热片，因为当负载电流流过时，三极管呈饱和状态，其VCE趋近于零，所以其电流和电压相乘的功率之非常小，根本不须要散热片。二、三极管开关与机械式开关的比较截至目前为止，我们都假设当三极管开关导通时，其基极与射极之间是完全短路的。事实并非如此，没有任何三极管可以完全短路而使VCE=0，大多数的小信号硅质三极管在饱和时，VCE(饱和)值约为0.2伏特，纵使是专为开关应用而设计的交换三极管，其VCE(饱和)值顶多也只能低到0.1伏特左右，而且负载电流一高，VCE(饱和)值还会有些许的上升现象，虽然对大多数的分析计算而言，VCE(饱和)值可以不予考虑，但是在测试交换电路时，必须明白VCE(饱和)值并非真的是0。虽然VCE(饱和)的电压很小，本身微不足道，但是若将几个三极管开关串接起来，其总和的压降效应就很可观了，不幸的是机械式的开关经常是采用串接的方式来工作的，如图3(a)所示，三极管开关无法vwin 机械式开关的等效电路(如图3(b)所示)来工作，这是三极管开关的一大缺点。

图3三极管开关与机械式开关电路幸好三极管开关虽然不适用于串接方式，却可以完美的适用于并接的工作方式，如图4所示者即为一例。三极管开关和传统的机械式开关相较，具有下列四大优点:
图4三极管开关之并联联接（1）三极管开关不具有活动接点部份，因此不致有磨损之虑，可以使用无限多次，一般的机械式开关，由于接点磨损，顶多只能使用数百万次左右，而且其接点易受污损而影响工作，因此无法在脏乱的环境下运作，三极管开关既无接点又是密封的，因此无此顾虑。（2）三极管开关的动作速度较一般的开关为快，一般开关的启闭时间是以毫秒(ms)来计算的，三极管开关则以微秒(μs)计。（3）三极管开关没有跃动(bounce)现象。一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。（4）利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，不致有火花产生。反之，当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载样上的电流，因此电感之瞬间感应电压，将在接点上引起弧光，这种电弧非但会侵蚀接点的表面，亦可能造成干扰或危害。

声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表德赢Vwin官网网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。举报投诉

三极管

三极管

+关注

关注
142

文章
3611

浏览量
121856
晶体管

晶体管

+关注

关注
77

文章
9682

浏览量
138070

原文标题：三极管开关电路图原理及设计详解

文章出处：【微信号：EngicoolArabic，微信公众号：电子工程技术】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

利用三极管设计开关电路

很多工程师在上学时被老师讲的三极管的各种电路接法，和小信号模型分析给绕晕了。而且大学的课本大多数都是在讲三极管的放大特性。其实在实际的电路设计中，三

发表于 09-02 10:15 •3240次阅读

三极管开关电路设计

[任务] GPIO通常无法提供比较大的拉电流和灌电流，试用三极管设计开关电路，以驱动大功率负载。

发表于 03-28 14:42 •1703次阅读

触摸开关电路原理图讲解基于三极管的触摸开关电路设计

一个三极管搭的触摸开关电路，通过实验可以了解加深三极管的工作原理。

发表于 08-08 09:13 •8928次阅读

【电路其实很简单】三极管开关电路图原理及设计

hfe就是基极电流，三极管会自动向上级所取这么大的电流。3. 功率开关电路上面说到的开关电路适用于小功率开关，当负载电流较大时，有两个办法解决：一是选择高hfe

发表于 02-06 14:25

三极管开关电路设计

`很好的资料，跟大家分享一下。另外，《晶体管电路设计》下册，也有三极管开关电路和FET开关电路设计的内容，而且更详细一点，大家可以参考一下。

发表于 07-28 10:59

三极管开关电路设计指南

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

发表于 03-22 06:30

为什么NPN和PNP三极管可以做开关电路呢

通参考资料：1.《三极管开关电路，三极管驱动电阻应当如何选择》2.《三极管（7）之开关电路详解》

发表于 10-28 08:23

三极管开关电路图

三极管开关电路图 如图：GPIO端为低时，三极管导通，则三极管的第三脚输出3。3V &n

发表于 06-06 15:48 •1.1w次阅读

光电三极管开关电路图

光电三极管开关电路图1）参考电路如图4 所示。2）说明电路原理及特点。3）根据电路特点估算R1、R2、R3、R4 的值。

发表于 04-24 09:08 •3493次阅读

三极管开关电路设计详细过程

三极管开关电路设计详细过程 三极管开关电路设计详细过程

发表于 02-25 15:43 •192次下载

详解三极管开关电路的设计方法

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(

发表于 12-07 10:21 •4.9w次阅读

三极管开关电路设计汇总（十一款开关电路设计原理）

本文主要介绍了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

发表于 01-25 14:28 •19.9w次阅读

三极管组成的光控开关电路原理图_四款光控开关电路图

本文首先介绍了光控开关概念与功能和用途，其次介绍了四款光控开关电路图，最后介绍了三极管组成的光控开关电路原理图。

发表于 05-15 10:30 •4.1w次阅读

NPN和PNP三极管做开关电路

通参考资料：1.《三极管开关电路，三极管驱动电阻应当如何选择》2.《三极管（7）之开关电路详解》

发表于 10-21 18:21 •134次下载

三极管开关电路驱动电阻怎样选？

三极管开关电路驱动电阻怎样选？ 三极管开关电路是一种常见的电路设计，常用于电子器件的驱动和控制。在这种电

发表于 11-23 09:32 •1377次阅读