三极管工作在开关状态_电路设计
npn三级管开关工作原理图
玩转电子：探究npn三极管开关工作原理
npn三极管是一种重要的半导体器件，在许多电子设备中广泛应用。
它的工作原理可以用一张生动的图表来解释。
首先，我们需要知道npn三极管由两个pn结组成，其中一个p型
半导体夹在两个n型半导体之间。
当正极电压施加在集电极上时，集
电极和发射极之间的区域就形成了一个正向偏置，导致电子从n型区
流向p型区，同时空穴从p型区流向n型区。
这种电子和空穴的流动
使得集电极和发射极之间形成一条导电的通路，从而使npn三极管处
于导通状态。
但是，如果我们想把npn三极管变成开关，就需要在基极与发射
极之间加入一个电路控制器，比如一个开关。
当电路控制器处于关闭
状态时，基极的电压就很小，无法激活npn三极管的导电通路，从而
将它处于断开状态。
相反，当电路控制器处于开启状态时，基极的电
压就会大于n型半导体和p型半导体之间的结电压，从而将npn三极
管激活成导通状态。
总之，npn三极管的开关原理主要是通过控制基极与发射极之间的电压来实现。
当基极电压大于结电压时，npn三极管导通，反之则断开。
在实际应用中，我们可以使用npn三极管来控制电流或电压的大小，
从而实现自动化控制的目的。
三极管工作在开关状态_电路设计
三极管开关电路设计
徐小龙2010.7.26
三极管的工作状态分为：截止区、放大区。
饱和区。
三极管工作在开关状态是在饱和区和截止区之间切换。
图1 测试原理图
图2 三极管共发射极输入特性曲线
图3 三极管共发射极输出特性曲线
由输出特性曲线可以看出，在截止区，三极管的电阻特别大；在饱和区，三极管的导通电阻非常小，一般有U CE<U BE。
管子不同，U CE不同，一般U CE=0.3V。
图4 开关原理图
要使三极管工作在开关状态，必须使发射结和集电结正篇。
工作临界条件是三级管临界于饱和状态。
在上述电路中，假设三极管工作在饱和状态，U CE 几乎为0。
I C = V CC / R C
I B = I C / ß
为临界条件。
一般I B在0.1~1mA之间。
为了让三极管可靠的截止，一般U BE < 0.5V，或者加负电压。
经过变换，可以把负载转移到R C，从而省略了R C。
用负载替换R C。
谈谈三极管的开关功能
众所周知，三极管不仅可以用在放大电路上，在开关电路中也有非常广泛的应用。
对于三极管，我们不仅仅要理解它的输出特性曲线，更要弄清楚它的原理。
三极管开关电路中，是让三极管工作在饱和截止态，即集电结正偏，发射结正偏与集电结反偏的两种状态来表明开关状态。
如下图为一个简单的开关电路通过1脚的电压输入来控制开关管的开关。
在开关电路中，饱和状态若在深度饱和时会影响其开关速度，如下图框框中的即为深度饱和带来的延迟：饱和电路在基极电流乘放大倍数等于或稍大于集电极电流时是浅度饱和，远大于集电极电流时是深度饱和。
因此我们只需要控制其工作在浅度饱和工作状态就可以提高其转换速度，效果如下图所示。
三极管饱和很多模拟电路书中都会详细的讲三极管饱和的概念和过程。
但真要透彻理解，还是要一个过程吧。
每一次应用后，都会感觉自己的理解又有了一个提高。
希望今天能把自己的理解准确地表达出来首选我用PSPICE画了这个图。
大家可以先注意一下这个电阻，10K。
如果流过接近0.5mA的话，管子就饱和了。
我认为理解饱和，就先从这个电阻开始。
实际应用中，即使不是电阻，也是有源负载，它的电阻值是很大的。
三极管正常放大时，集电极电流是基极电流的B倍放大。
但当Ib再增加时，Ic的增加就会导致R1上的分压增加，Q1的集电极电位迅速下降，直到Vce很小，Vbe正偏，达到饱和。
饱和后Ic也就不再是Ib的B倍了，而是小于B倍。
再从三极管结构来讲：NPN管，当发射极的电子注入(有正向的Vbe)基区，再扩散到集电结边缘。
放大区工作时，反偏的电压会把边缘的电子立刻吸引到集电极。
当电流逐渐增加，反偏电压就会逐渐减小了。
当Ic大到使Vcb为0时，管子进入饱和，就不再有电场吸引这些结边缘的电子了，电子只能是扩散到集电极。
当Ic再增加时，Vbc就正偏了，会阻碍电子扩散了，但因为基区电子浓度太大了，所以能够满足Ic。
同时也是因为基区电子浓度大，在数字电路中，转换管子状态时，速度会很慢。
三极管当开关使用
三极管开关电路设计一、概述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。
图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。
图1基本的三极管开关由图1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V in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V in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，此时三极管工作于截止(cutoff)区；当V in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，此时三极管工作于饱和区(saturation)。
二、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0.6V，因此欲使三极管截止，V in必须低于0.6V，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V in值低于0.3V。
当然输入电压愈接近0V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V in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V CE 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，根据欧姆定律，三极管呈饱和时，其集电极电流应该为：LDR CC V )(C I =饱和因此，基极电流最少应为：LDR *CC V )(C I)(B I β=β=饱和饱和………………………………………………（式1）上式表出了I C 和I B 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值有着很大的差异。
三极管开关电路图原理及设计详解
三极管开关电路图原理及设计详解晶体管开关电路（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1.1 NPN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。
3极管的三种工作状态
3极管的三种工作状态引言三极管（transistor）是一种重要的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。
它是一种半导体器件，由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
三极管的工作状态可以分为三种：放大状态、截止状态和饱和状态。
本文将详细介绍三极管的三种工作状态及其特点。
1. 放大状态放大状态是三极管最常见的工作状态之一。
在放大状态下，三极管被用作信号放大器，将输入的弱信号放大到合适的幅度。
放大状态下的三极管可以分为NPN型和PNP型两种。
1.1 NPN型三极管的放大状态NPN型三极管中，发射区掺杂为N型半导体，基区掺杂为P型半导体，集电区掺杂为N型半导体。
在放大状态下，NPN型三极管的工作原理如下：1.电流流向：当输入信号施加到基极时，基极电流（IB）会引起发射极电流（IE）的变化，进而控制集电极电流（IC）的变化。
这种电流放大的作用使得输入信号能够被放大。
2.放大倍数：NPN型三极管的放大倍数由集电极电流和基极电流的比值（IC/IB）决定。
一般来说，NPN型三极管的放大倍数较高，可以达到几十到几百倍。
3.特点：放大状态下的NPN型三极管具有低输入阻抗、高输出阻抗、大电流放大倍数等特点。
1.2 PNP型三极管的放大状态PNP型三极管中，发射区掺杂为P型半导体，基区掺杂为N型半导体，集电区掺杂为P型半导体。
PNP型三极管的放大状态与NPN型三极管类似，但电流的流向相反。
1.电流流向：当输入信号施加到基极时，基极电流（IB）会引起发射极电流（IE）的变化，进而控制集电极电流（IC）的变化。
这种电流放大的作用使得输入信号能够被放大。
2.放大倍数：PNP型三极管的放大倍数由集电极电流和基极电流的比值（IC/IB）决定。
一般来说，PNP型三极管的放大倍数较高，可以达到几十到几百倍。
3.特点：放大状态下的PNP型三极管具有低输入阻抗、高输出阻抗、大电流放大倍数等特点。
2. 截止状态截止状态是三极管的一种工作状态，也称为关断状态。
NPN型三极管的工作原理及电路设计
NPN型三极管的工作原理及电路设计NPN型三极管，由三块（半导体）构成，其中两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧，三极管是（电子）电路中最重要的器件，他主要的功能是（电流）放大和开关的作用。
实际上，只要你了解了三极管的特性，对你使用（单片机）就顺手很多了。
大家其实也都知道三极管具有放大作用，但如何去真正理解它，却是你以后会不会使用大部分电子电路和IC的关键。
我们一般所说的普通三极管是具有电流放大作用的器件。
其它的三极管也都是在这个原理基础上功能延伸。
三极管的符号如下图左边，我们就以NPN型三极管为例来说说它的（工作原理）。
它就是一个以b（基极）电流Ib来驱动流过CE的电流Ic的器件，它的工作原理很像一个可控制的阀门。
左边细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大，就可允许较大红色的水流通过这个阀门。
当蓝色水流越大，也就使大管中红色的水流更大。
如果放大倍数是100，那么当蓝色小水流为1千克/小时，那么就允许大管子流过100千克/小时的水。
三极管的原理也跟这个一样，放大倍数为100时，当Ib（基极电流）为1mA时，就允许100mA的电流通过Ice。
这个原理大家可能也都知道，但是把它用在电路里的状况能理解，那单片机的运用就少了一大障碍了。
最常用的连接如下图：我们来分析一下这个电路，如果它的放大倍数是100，基极电压我们不计。
基极电流就是10V÷10K＝1mA，集电极电流就应该是100mA。
根据欧姆定律，这样Rc上的电压就是0.1A×50Ω＝5V。
那么剩下的5V就吃在了三极管的C、E极上了。
好！现在我们假如让Rb为1K，那么基极电流就是10V÷1K＝10mA，这样按照放大倍数100算，Ic就是不是就为1000mA也就是1A了呢？假如真的为1安，那么Rc上的电压为1A×50Ω＝50V。
啊？50V！都超过（电源）电压了，三极管都成发电机了吗？其实不是这样的。
三极管的工作原理及开关电路
三极管的工作原理三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。
分成NPN和PNP 两种。
我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。
一、电流放大下面的分析仅对于NPN型硅三极管。
如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。
这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。
三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic 很大的变化。
如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。
我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。
二、偏置电路三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。
这有几个原因。
首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。
当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。
但实际中要放大的信号往往远比 0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。
如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。
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三极管开关电路设计
张云峰2012.10.18
三极管的工作状态分为：截止区、放大区。
饱和区。
三极管工作在开关状态是在饱和区和截止区之间切换。
图1 测试原理图
图2 三极管共发射极输入特性曲线
图3 三极管共发射极输出特性曲线
由输出特性曲线可以看出，在截止区，三极管的电阻特别大；在饱和区，三极管的导通电阻非常小，一般有U CE<U BE。
管子不同，U CE不同，一般U CE=0.3V。
图4 开关原理图
要使三极管工作在开关状态，必须使发射结和集电结正篇。
工作临界条件是三级管临界于饱和状态。
在上述电路中，假设三极管工作在饱和状态，U CE 几乎为0。
I C = V CC / R C
I B = I C / ß
为临界条件。
一般I B在0.1~1mA之间。
为了让三极管可靠的截止，一般U BE < 0.5V，或者加负电压。
经过变换，可以把负载转移到R C，从而省略了R C。
用负载替换R C。