三極管在我們的生活當(dāng)中應(yīng)用十分廣泛，到處都可見(jiàn)到它的身影。關(guān)于它了解多少？你知道什么是開(kāi)關(guān)三極管嗎？你知道開(kāi)關(guān)三極管的使用與連接嗎？本文接下來(lái)將會(huì)為你一一介紹。
開(kāi)關(guān)三極管
開(kāi)關(guān)三極管（Switch transistor）的外形與普通三極管外形相同，它工作于截止區(qū)和飽和區(qū)，相當(dāng)于電路的切斷和導(dǎo)通。由于它具有完成斷路和接通的作用，被廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)關(guān)電路中，如常用的開(kāi)關(guān)電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、脈沖電路及輸出電路等。
負(fù)載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上，輸入電壓Vin則控制三極管開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟(open) 與閉合(closed) 動(dòng)作，當(dāng)三極管呈開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電流便被阻斷，反之，當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時(shí)，電流便可以流通。
詳細(xì)的說(shuō)，當(dāng)Vin為低電壓時(shí)，由于基極沒(méi)有電流，因此集電極亦無(wú)電流，致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒(méi)有電流，而相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟（關(guān)閉狀態(tài)），此時(shí)三極管乃工作于截止(cut off)區(qū)。
同理，當(dāng)Vin為高電壓時(shí)，由于有基極電流流動(dòng)，因此使集電極流過(guò)更大的放大電流，因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通，而相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合（連接狀態(tài)），此時(shí)三極管乃工作于飽和區(qū)(saturation)。
截止?fàn)顟B(tài)
當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)，即為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。開(kāi)關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)的特征是發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均處于反向偏置。
導(dǎo)通狀態(tài)
當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并且當(dāng)基極的電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不再怎么變化，此時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，即為三極管的導(dǎo)通狀態(tài)。開(kāi)關(guān)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)的特征是發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均處于正向偏置。而處于放大狀態(tài)的三極管的特征是發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。這也是可以使用電壓表測(cè)試發(fā)射結(jié)，集電結(jié)的電壓值判定三極管工作狀況的原理。開(kāi)關(guān)三極管正是基于三極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)工作的。
工作模式
三極管的種類(lèi)很多，并且不同型號(hào)各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見(jiàn)三極管的外觀，有一個(gè)箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實(shí)際上箭頭所指的方向是表示電流的方向。
雙極面結(jié)型晶體管兩個(gè)類(lèi)型：NPN和PNP
NPN類(lèi)型包含兩個(gè)n型區(qū)域和一個(gè)分隔它們的p型區(qū)域；PNP類(lèi)型則包含兩個(gè)p型區(qū)域和一個(gè)分隔它們的n型區(qū)域。
參質(zhì)數(shù)
選用三極管需要了解三極管的主要參數(shù)。若手中有一本晶體管特性手冊(cè)最好。三極管的參數(shù)很多，其中必須了解的四個(gè)極限參數(shù)：ICM、BVCEO、PCM、fT、TON TOFF 等，可滿(mǎn)足95%以上的使用需要。
1. ICM是集電極最大允許電流。三極管工作時(shí)當(dāng)它的集電極電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，它的電流放大系數(shù)β將下降。為此規(guī)定三極管的電流放大系數(shù)β變化不超過(guò)允許值時(shí)的集電極最大電流稱(chēng)為ICM。所以在使用中當(dāng)集電極電流IC超過(guò)ICM時(shí)不至于損壞三極管，但會(huì)使β值減小，影響電路的工作性能。
2. BVCEO是三極管基極開(kāi)路時(shí)，集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓。如果在使用中加在集電極與發(fā)射極之間的電壓超過(guò)這個(gè)數(shù)值時(shí)，將可能使三極管產(chǎn)生很大的集電極電流，這種現(xiàn)象叫擊穿。三極管擊穿后會(huì)造成永久性損壞或性能下降。
3. PCM是集電極最大允許耗散功率。三極管在工作時(shí)，集電極電流在集電結(jié)上會(huì)產(chǎn)生熱量而使三極管發(fā)熱。若耗散功率過(guò)大，三極管將燒壞。在使用中如果三極管在大于PCM下長(zhǎng)時(shí)間工作，將會(huì)損壞三極管。需要注意的是大功率三極管給出的最大允許耗散功率都是在加有一定規(guī)格散熱器情況下的參數(shù)。使用中一定要注意這一點(diǎn)。
4. 特征頻率fT。隨著工作頻率的升高，三極管的放大能力將會(huì)下降，對(duì)應(yīng)于β=1時(shí)的頻率fT叫作三極管的特征頻率。
5.開(kāi)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間是衡量開(kāi)關(guān)管響應(yīng)速度的一個(gè)重要參數(shù)。
開(kāi)關(guān)三極管的使用和連接
首先來(lái)說(shuō)一下NPN型，這種型號(hào)的三極管在用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，大都是按圖一的接法：發(fā)射極接地，集電極接高電平，基極接控制信號(hào)。在圖一里，當(dāng)信號(hào)Green為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電流從集電極流向發(fā)射極，也就是說(shuō)從Vcc到地構(gòu)成一回路，這個(gè)時(shí)候發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。其次對(duì)于PNP型的三極管，用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，一般都是按圖二的接法：發(fā)射極接高電平，當(dāng)基極收到低電平信號(hào)時(shí)，三極管導(dǎo)通，也即電流從發(fā)射極流向集電極。
由上圖可見(jiàn)，若三極管三端加的電壓不正確會(huì)損壞三極管，在三極管的Datasheet里都有標(biāo)出擊穿電壓的參數(shù):
三極管的反向工作電壓應(yīng)小于擊穿電壓的(1/2～1/3)，以保證管子安全可靠地工作。
當(dāng)然，有得初學(xué)者會(huì)提出對(duì)Vcbo>Vceo有所疑問(wèn)：因?yàn)橛?a href="http://www.socialnewsupdate.com/soft/special/" target="_blank">資料介紹三極管的擊穿電壓，BVceo怎么會(huì)小于BVcbo，應(yīng)該BVceo約=BVcbo+0.6v才對(duì)啊!解答是：BE是正偏，BC是反偏，關(guān)系當(dāng)然不是加，而是VCE=VCB-0.7中E所以VBO>VCEO。
開(kāi)關(guān)三極管的使用誤區(qū)
如圖（a）所示，用NPN三極管，蜂鳴器連接到三極管的集電極，驅(qū)動(dòng)信號(hào)是常見(jiàn)的3.3V或者5V ? TTL電平，高電平導(dǎo)通，電阻按照經(jīng)驗(yàn)值取4.7KΩ，三極管導(dǎo)通時(shí)假設(shè)高電平為5v,基極電流為：
Ib=（5-0.7）V ÷4.7KΩ = 0.9mA
它可以使 三極管完全飽和。
如圖（b）所示，用NPN三極管，同樣把蜂鳴器連接到三極管集電極，不同的是 是還用的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是5V的TTL電平。
以上兩個(gè)電路都可以正常工作，只要PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)工作在合適的頻率下，蜂鳴器（有源）就會(huì)發(fā)出最大的聲音。
圖2和圖1對(duì)比，最大的區(qū)別就是被驅(qū)動(dòng)器件連接到了三極管的發(fā)射機(jī)。
如圖（c）所示，三極管導(dǎo)通時(shí)假設(shè)高電平是5V，基極電流為
Ib=（5-0.7-UL）V ÷4.7KΩ?
其中，UL為被驅(qū)動(dòng)器件上的壓降?？梢钥闯觯瑯尤》e極電阻為4.7KΩ ，流過(guò)基極的電流會(huì)比圖1中的（a）電路電流要小，小多少需要看UL為多少：如果UL較大，那么相應(yīng)的Ib也就會(huì)很小，很有可能導(dǎo)致三極管無(wú)法工作在飽和狀態(tài)，使得驅(qū)動(dòng)器件無(wú)法動(dòng)作 。有人認(rèn)為把基極電阻調(diào)小就好了，可是被驅(qū)動(dòng)器件的壓降是很難獲知的，有些被驅(qū)動(dòng)器件的壓降是變動(dòng)的，這樣一來(lái) ，基極電阻就很難選擇合適：阻值選的太大，會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)失敗 ； 阻值選擇太小，損耗又變大。所以，不在萬(wàn)不得已的情況下，不建議用圖2的兩種電路。
如圖3，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為3.3V電平，而被驅(qū)動(dòng)器件導(dǎo)通電壓需要5V。在3.3V單片機(jī)電路中，若不小心，就容易設(shè)計(jì)出這兩種電路。
如圖（e）所示，這是典型的“發(fā)射極正偏，集電極反偏”的放大電路，或者叫做射極輸出器。當(dāng)PWM信號(hào)為3.3V時(shí)，三極管發(fā)射極電壓為3.3V-0.7V=2.6V，無(wú)法達(dá)到期望的5V。
如圖（f）所示，這是一個(gè)失敗的電路。首先，這個(gè)電路無(wú)法斷開(kāi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM為3.3V高電平是，Ube=5V-3.3V = 1.7V 仍然可以使三極管導(dǎo)通，于是電路無(wú)法斷開(kāi)。在這里，有人會(huì)說(shuō)用過(guò)這個(gè)電路，他沒(méi)有問(wèn)題，而且單片機(jī)的電壓也是3.3V。筆者個(gè)人認(rèn)為這個(gè)人用的是OD（開(kāi)漏）驅(qū)動(dòng)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都可以設(shè)置為OD門(mén)驅(qū)動(dòng)方式，輸出高電平，信號(hào)就變成了高阻態(tài)，流過(guò)基極電流為0，三極管可以有效截止，這時(shí)候圖（f）依然有效。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于開(kāi)關(guān)三極管的介紹就到這了，希望通過(guò)本文能讓你對(duì)開(kāi)關(guān)三極管有更深的料及。