開關(guān)三極管

　　簡介

　　開關(guān)三極管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)用于各種開關(guān)電路中，如常用的開關(guān)電源電路、驅(qū)動電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、脈沖電路及輸出電路等。[1]

　　電路圖

　　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則控制三極管開關(guān)的開啟(open)與閉合(closed)動作，當(dāng)三極管呈開啟狀態(tài)時，負(fù)載電流便被阻斷，反之，當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時，電流便可以流通。

　　詳細(xì)的說，當(dāng)Vin為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒有電流，而相當(dāng)于開關(guān)的開啟，此時三極管乃工作于截止(cutoff)區(qū)。

　　同理，當(dāng)Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通，而相當(dāng)于開關(guān)的閉合，此時三極管乃工作于飽和區(qū)(saturation)。[1]

　　工作原理

　　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失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，即為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。開關(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，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)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，即為三極管的導(dǎo)通狀態(tài)。開關(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。開關(guān)三極管正是基于三極管的開關(guān)特性來工作的。

　　工作模式

　　三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是表示電流的方向。特點應(yīng)用

　　開關(guān)三極管具有壽命長、安全可靠、沒有機(jī)械磨損、開關(guān)速度快、體積小等特點。開關(guān)三極管可以用很小的電流，控制大電流的通斷，有較廣泛的應(yīng)用。小功率開關(guān)管可以用在電源電路、驅(qū)動電路、開關(guān)電路等；大功率管可用于彩色電視機(jī)、通信設(shè)備的開關(guān)電源；也可用于低頻功率放大電路、電流調(diào)整等；高反壓大功率開關(guān)管可用于彩色電視機(jī)行輸出管。

　　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最好。三極管的參數(shù)很多，其中必須了解的四個極限參數(shù)：ICM、BVCEO、PCM、fT、TONTOFF等，可滿足95%以上的使用需要。

　　1.ICM是集電極最大允許電流。三極管工作時當(dāng)它的集電極電流超過一定數(shù)值時，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變化不超過允許值時的集電極最大電流稱為ICM。所以在使用中當(dāng)集電極電流IC超過ICM時不至于損壞三極管，但會使β值減小，影響電路的工作性能。

　　2.BVCEO是三極管基極開路時，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這個數(shù)值時，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，集電極電流在集電結(jié)上會產(chǎn)生熱量而使三極管發(fā)熱。若耗散功率過大，三極管將燒壞。在使用中如果三極管在大于PCM下長時間工作，將會損壞三極管。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。

　　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下降，對應(yīng)于β=1時的頻率fT叫作三極管的特征頻率。

　　5.開通時間、關(guān)斷時間是衡量開關(guān)管響應(yīng)速度的一個重要參數(shù)。

　　分類

　　開關(guān)三極管因功率的不同可分為小功率開關(guān)管、中功率和大功率開關(guān)管。常用小功率開關(guān)管有3AKl-5、3AKll-15、3AKl9-3AK20、3AK20-3AK22、3CKl-4、3CK7、3CK8、3DK2-4、3DK7-9。

　　常用的高反壓、大功率開關(guān)管有：2JD1556、2SD1887、2SD1455、2SD1553、2SD1497、2SD1433、2SD1431、2SD1403、2SD850等，它們的最高反壓都在1500V以上。

　　常用開關(guān)

　　開關(guān)三極管的外形與普通三極管外形相同，主要用于電路的關(guān)與通的轉(zhuǎn)換。由于它具有完成斷路或接通的作用，被廣泛用于開關(guān)電路，且具有開關(guān)速度快、壽命長等特點，而且普遍用于電源|穩(wěn)壓器電路、驅(qū)動電路、振蕩電路、功率放大電路、脈沖放大電路及行輸出電路等。

　　開關(guān)三極管電路圖

　　開關(guān)三極管因功率的不同可分為小功率開關(guān)管和大功率開關(guān)管。

　　常用的高反壓、大功率開關(guān)管有：2SD1556、2SD1887、2SD1455、2SD1553、2SD1497、2SD1433、2SD1431、2SD1403、2SD850等，它們的最高反壓都在1500V以上。

　　注意事項

　　1、三極管選擇“開關(guān)三極管”，以提高開關(guān)轉(zhuǎn)換速度；

　　2、電路設(shè)計，要保證三極管工作在“飽和/截止”狀態(tài)，不得工作在放大區(qū)；

　　3、也不要使三極管處于深度過飽和，否則也影響截止轉(zhuǎn)換速度；至于截止，不一定需要“負(fù)電壓”偏置，輸入為零時就截止了，否則也影響導(dǎo)通轉(zhuǎn)換速度。

　　4、三極管作為開關(guān)時需注意它的可靠性；在基極人為接入了一個負(fù)電源VEE，即可解決它的可靠性。

　　5、三極管的開關(guān)速度一般不盡人意；需要調(diào)整信號的輸入頻率。