三極管是最基本的電子元器件之一，其用途廣泛。想要知道三極管是怎么實現(xiàn)電子開關的功能，首先要了解三極管的基本原理。

三極管的基本原理

三極管和MOS管都可以作為電子開關使用，三極管屬于電流控制元器件，跟MOS管不同，MOS管屬于電壓控制元器件。 三極管有兩種類型，NPN型和PNP型，其結構示意圖如下圖所示。可以看出，三極管是由兩個PN結經(jīng)過特殊的工藝技術處理形成的。三極管有三個極：基極、集電極和發(fā)射極，基極用字母b表示，集電極用字母c表示，發(fā)射極用字母e表示。

▲三極管的結構圖

三極管正常工作時有三個區(qū)間：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。 截止區(qū)：Ube＜死區(qū)電壓，死區(qū)電壓一般為。0.3V~0.6V左右，具體跟三極管的特性有關，每個三極管型號都會有自己的死區(qū)電壓，具體可查三極管型號的datasheet，會有相應的說明。此區(qū)間基極電流Ib=0。 放大區(qū)：放大區(qū)的主要特點是發(fā)射結正偏，集電結反偏，Ic=βIb,β為三極管的放大倍數(shù)。 飽和區(qū)：此區(qū)間發(fā)射結正偏，集電結正偏，注意：和放大區(qū)有所不同。Uce＜Ube,βib＞ic，Uce≈0.3V。

▲三極管曲線圖
? 三極管如何實現(xiàn)電子開關功能

了解了三極管的基本原理之后，那么，三極管是怎么實現(xiàn)電子開關功能的呢？ 電子開關主要控制三極管處于兩個工作區(qū)間：飽和區(qū)和截止區(qū)， 三極管飽和-----實現(xiàn)電子開關的“開”功能 三極管截止-----實現(xiàn)電子開關的“關”功能 當然，三極管處于非飽和區(qū)間的放大區(qū)，三極管也處于導通狀態(tài)，也可以實現(xiàn)三極管的開狀態(tài)，只是此時的電流并未達到三極管的最大電流，內(nèi)阻比較大，對于負載電流較小時，也可以在此區(qū)間實現(xiàn)電子開關的“開”功能。一般我們使用三極管當電子開關時，為了能夠使三極管達到最大輸出電流，一般都會設計將三極管處于飽和區(qū)間。 舉例說明 下面三極管控制燈泡為例，通過處理器（比如單片機、DSP、ARM、FPGA等）的I/O口控制小燈泡，NPN和PNP三極管的接法有些不同，NPN型三極管當下管使用，控制燈泡的負極；PNP型三極管當上管使用，控制燈泡的正極。 具體原理如下圖所示。

▲三極管控制燈泡原理

NPN型三極管原理實現(xiàn)過程：當I/O口輸入低電平時，由于Ube＜死區(qū)電壓，Ib=0，三極管處于截止狀態(tài)，所以燈泡不亮；當I/O口輸入高電平（3.3V或5V等）時，三極管導通，燈泡燃亮。根據(jù)I/O口的高電平狀態(tài)，選擇合適的基極電阻R1，使三極管處于飽和狀態(tài)，計算方法為：R1≈(U-Ube)*β/Ic，其中U為I/O口輸入電壓，β為三極管放大倍數(shù)，Ic為三極管最大集電極電流，Ube為基極與發(fā)射極之間的壓差，一般為0.4V~0.6V左右。 R2為下拉電阻，阻值選擇大一些，至少應比R1大一個數(shù)量級，這樣在計算R1阻值時，可以忽略R2的存在，若R1與R2電阻大小相當時，需要考慮分流情況。此時，R1的電流IR1=Ib+Ube/R2，所以R1=(U-Ube)/IR1=(U-Ube)/(Ib+Ube/R2)。計算較復雜。 PNP型三極管原理實現(xiàn)過程與NPN型三極管類似，PNP型三極管控制燈泡的正極，具體過程：當I/O口輸入高電平（VCC）時，UBE無壓差，Ib=0，三極管處于截止狀態(tài)，所以燈泡不亮；當I/O口輸入低電平時，三極管處于導通狀態(tài)，燈泡燃亮。

編輯：黃飛

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