晶體管電子開關 - 工作原理和示意圖

在脈衝設備中，您經常可以找到晶體管開關。晶體管開關存在於觸發器、開關、多諧振盪器、阻斷發生器和其他電子電路中。在各個電路中，晶體管開關各司其職，根據晶體管的工作方式，開關整體的電路可能會發生變化，但晶體管開關的基本原理圖如下：

晶體管開關有幾種基本工作模式：正常有源模式、飽和模式、截止模式和有源反向模式。雖然晶體管開關電路基本上是一個共發射極晶體管放大電路，但該電路在功能和模式上與典型的放大器不同。

在一個關鍵應用中，晶體管作為快速開關，主要靜態有兩種：晶體管關閉和晶體管打開。鎖存狀態——晶體管處於截止模式時的打開狀態。閉合狀態——晶體管的飽和狀態或接近飽和的狀態，在該狀態下晶體管處於打開狀態。當晶體管從一種狀態切換到另一種狀態時，它是一種主動模式，其中級聯過程是非線性的。

靜態是根據晶體管的靜態特性來描述的。有兩個特性：輸出系列——集電極電流對集電極-發射極電壓的依賴性和輸入系列——基極電流對基極-發射極電壓的依賴性。

截止模式的特點是晶體管的兩個pn結偏置方向相反，有深截止和淺截止之分。深度擊穿是指施加到結點的電壓比閾值高 3-5 倍並且極性與工作電壓相反。在這種狀態下，晶體管是開路的，其電極上的電流非常小。

在淺斷路中，施加到其中一個電極的電壓低於深斷路中的電極電流，因此根據輸出特性系列的下曲線，電流已經取決於施加的電壓, 這條曲線被稱為 «limiting characteristic» ...

例如，我們將對在電阻負載上運行的晶體管的關鍵模式進行簡化計算。晶體管將長時間保持在兩種基本狀態之一：完全打開（飽和）或完全關閉（截止）。

設晶體管負載為繼電器 SRD-12VDC-SL-C 的線圈，其線圈電阻在標稱 12 V 時為 400 歐姆。我們忽略了繼電器線圈的感應特性，讓開發者提供一個消音器來防止瞬態發射，但是我們會根據繼電器會打開一次並且很長時間的事實來計算。我們通過以下公式找到集電極電流：

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn。

式中：Ik——集電極直流電流； Usup — 電源電壓（12 伏）； Ukenas——雙極晶體管的飽和電壓（0.5 伏）； Rn — 負載電阻（400 歐姆）。

我們得到 Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 mA。

為了保證保真度，讓我們採用一個晶體管，其限制電流和限制電壓具有餘量。採用 SOT-32 封裝的 BD139 就可以了。此晶體管的參數 Ikmax = 1.5 A，Ukemax = 80 V。將有一個很好的餘量。

為了提供28.7 mA的集電極電流，必須提供合適的基極電流，基極電流由以下公式確定：Ib = Ik / h21e，其中h21e為靜態電流傳遞係數。

現代萬用表允許您測量這個參數，在我們的例子中它是 50。所以 Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA。如果係數 h21e 的值未知，為了可靠性，您可以從該晶體管的文檔中取最小值。

以確定所需的基極電阻值。主發射極的飽和電壓為 1 伏特。這意味著如果控制是通過來自邏輯微電路輸出的信號執行的，其電壓為 5 V，那麼為了提供必要的 574 μA 基極電流，在 1 V 轉換時下降，我們得到:

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

我們選擇標準系列 6.8 kOhm 電阻較小的一側（這樣電流就足夠了）。

BUT，為了三極管開關更快，工作可靠，我們會在基極和發射極之間多加一個電阻R2，會有一些功率落在上面，這就意味著需要降低三極管的阻值電阻R1。讓我們取 R2 = 6.8 kΩ 並調整 R1 的值：

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (通過電阻 R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

設 R1 = 5.1kΩ 和 R2 = 6.8kΩ。

讓我們計算開關損耗：P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W。晶體管不需要散熱器。