三極管,三極管開關

三極管

三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關。

三極管是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。

三極管-工作狀態

（一）截止狀態

當加在三極管發射結的電壓小于PN結的導通電壓，基極電流為零，集電極電流和發射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發射極之間相當于開關的斷開狀態，我們稱三極管處于截止狀態。

（二）放大狀態

當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓，并處于某一恰當的值時，三極管的發射結正向偏置，集電結反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數β=ΔIc/ΔIb，這時三極管處放大狀態。

（三）飽和導通

當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓，并當基極電流增大到一定程度時，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怎么變化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發射極之間的電壓很小，集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態。三極管的這種狀態我們稱之為飽和導通狀態。

三極管開關電路工作原理解析

下面是三極管開關電路工作原理，圖一所示是NPN三極管的共射極電路，圖二所示是它的特性曲線圖，圖中它有3 種工作區域：截止區(Cutoff Region)、線性區 (Active Region) 、飽和區(Saturation Region)。三極管是以B 極電流IB 作為輸入，操控整個三極管的工作狀態。

若三極管是在截止區，IB 趨近于0 (VBE 亦趨近于0)，C 極與E 極間約呈斷路狀態，IC=0，VCE=VCC。若三極管是在線性區，B-E 接面為順向偏壓，B-C 接面為逆向偏壓，IB 的值適中(VBE=0.7V)， IC=hFEIB呈比例放大，Vce=Vcc-RcIc=Vcc-Rc hFE IB可被IB操控。

若三極管在飽和區，IB很大，VBE=0.8V，VCE=0.2V，VBC=0.6V，B-C與B-E兩接面均為正向偏壓，C-E間等同于一個帶有0.2V電位落差的通路，可得Ic=( Vcc-0.2)/ Rc，Ic與IB無關了，因此時的IB大過線性放大區的IB值，Ic<hFE IB是必然的。三極管在截止態時C-E間如同斷路，在飽和態時C-E 間如同通路 (帶有0.2V電位降)，因此可以作為開關。控制此開關的是 IB，也可以用VBB作為控制的輸入訊號。圖三、四分別顯示三極管開關的通路、斷路狀態，及其對應的等效電路。

三極管,三極管開關

圖1 NPN 三極管共射極電路

三極管,三極管開關

圖2 共射極電路輸出特性曲

三極管,三極管開關

圖3 截止態如同斷路線圖

三極管,三極管開關

圖4 飽和態如同通路

三極管開關的作用

三極管開關的作用詳解，簡單三極管開關：電路如圖5，電阻RC是LED限流用電阻，以防止電壓過高燒壞LED（發光二極管），將輸入信號 VIN 從0 調到最大 (等分為約20 個間隔)，觀察并記錄對的 VOUT 以及LED 的亮度。當三極管開關為斷路時，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。當三極管開關通路時，VOUT = 0.2V ，LED 會亮。

改良三極管開關：因為三極管由截止區過度到飽和區需經過線性區，開關的效果不會有明確的界線。為使三極管開關的效果明確，可串接兩三極管，電路如圖六。同樣將輸入信號 VIN 從0 調到最大 (等分為約20 個間隔)，觀察并記錄對應的VOUT 以及LED 的亮度。

三極管,三極管開關