晶体管电子开关 - 工作原理和示意图

在脉冲设备中，您经常可以找到晶体管开关。晶体管开关存在于触发器、开关、多谐振荡器、阻断发生器和其他电子电路中。在各个电路中，晶体管开关各司其职，根据晶体管的工作方式，开关整体的电路可能会发生变化，但晶体管开关的基本原理图如下：

晶体管开关有几种基本工作模式：正常有源模式、饱和模式、截止模式和有源反向模式。虽然晶体管开关电路基本上是一个共发射极晶体管放大电路，但该电路在功能和模式上与典型的放大器不同。

在一个关键应用中，晶体管作为快速开关，主要静态有两种：晶体管关闭和晶体管打开。锁存状态——晶体管处于截止模式时的打开状态。闭合状态——晶体管的饱和状态或接近饱和的状态，在该状态下晶体管处于打开状态。当晶体管从一种状态切换到另一种状态时，它是一种主动模式，其中级联过程是非线性的。

静态是根据晶体管的静态特性来描述的。有两个特性：输出系列——集电极电流对集电极-发射极电压的依赖性和输入系列——基极电流对基极-发射极电压的依赖性。

截止模式的特点是晶体管的两个pn结偏置方向相反，有深截止和浅截止之分。深度击穿是指施加到结点的电压比阈值高 3-5 倍并且极性与工作电压相反。在这种状态下，晶体管是开路的，其电极上的电流非常小。

在浅断路中，施加到其中一个电极的电压低于深断路中的电极电流，因此根据输出特性系列的下曲线，电流已经取决于施加的电压, 这条曲线被称为 «limiting characteristic» ...

例如，我们将对在电阻负载上运行的晶体管的关键模式进行简化计算。晶体管将长时间保持在两种基本状态之一：完全打开（饱和）或完全关闭（截止）。

设晶体管负载为继电器 SRD-12VDC-SL-C 的线圈，其线圈电阻在标称 12 V 时为 400 欧姆。我们忽略了继电器线圈的感应特性，让开发者提供一个消音器来防止瞬态发射，但是我们会根据继电器会打开一次并且很长时间的事实来计算。我们通过以下公式找到集电极电流：

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn。

式中：Ik——集电极直流电流； Usup — 电源电压（12 伏）； Ukenas——双极晶体管的饱和电压（0.5 伏）； Rn — 负载电阻（400 欧姆）。

我们得到 Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 mA。

为了保证保真度，让我们采用一个晶体管，其限制电流和限制电压具有余量。采用 SOT-32 封装的 BD139 就可以了。此晶体管的参数 Ikmax = 1.5 A，Ukemax = 80 V。将有一个很好的余量。

为了提供28.7 mA的集电极电流，必须提供合适的基极电流，基极电流由以下公式确定：Ib = Ik / h21e，其中h21e为静态电流传递系数。

现代万用表允许您测量这个参数，在我们的例子中它是 50。所以 Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA。如果系数 h21e 的值未知，为了可靠性，您可以从该晶体管的文档中取最小值。

以确定所需的基极电阻值。主发射极的饱和电压为 1 伏特。这意味着如果控制是通过来自逻辑微电路输出的信号执行的，其电压为 5 V，那么为了提供必要的 574 μA 基极电流，在 1 V 转换时下降，我们得到:

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0.000574 = 6968 欧姆

我们选择标准系列 6.8 kOhm 电阻较小的一侧（这样电流就足够了）。

BUT，为了三极管开关更快，工作可靠，我们会在基极和发射极之间多加一个电阻R2，会有一些功率落在上面，这就意味着需要降低三极管的阻值电阻R1。让我们取 R2 = 6.8 kΩ 并调整 R1 的值：

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (通过电阻 R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 = (5-1) / (0.000574 + 1/6800) = 5547 欧姆。

设 R1 = 5.1kΩ 和 R2 = 6.8kΩ。

让我们计算开关损耗：P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W。晶体管不需要散热器。