當(dāng)前要聞：三極管進(jìn)入截止區(qū)與飽和區(qū)的條件及制作方法

一、開關(guān)電路1

(資料圖片)

如下（圖.1）就是一個最基本的三極管開關(guān)電路，NPN的基極需連接一個基極電阻（R2）、集電極上連接一個負(fù)載電阻（R1）

首先我們要清楚當(dāng)三極管的基極沒有電流時候集電極也沒有電流，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，即斷開；當(dāng)基極有電流時候?qū)?dǎo)致集電極流過更大的放大電流，即進(jìn)入飽和狀態(tài)，相當(dāng)于關(guān)閉。當(dāng)然基極要有一個符合要求的電壓輸入才能確保三極管進(jìn)入截止區(qū)與飽和區(qū)。

圖.1 NPN基本開關(guān)電路

二、開關(guān)電路2

指示器并聯(lián)在電話線路上，經(jīng)過D1~D4極性變換，給電路提供電源。當(dāng)電話線路無人使用時，電話線路電壓為48V左右，48V電壓加在電阻R3、R4上，R4獲得的分壓大于0.7V，三極管T2飽和導(dǎo)通，T2導(dǎo)通是三極管T1失去偏置電壓，T1截止，LED不發(fā)光。說明此時可以使用電話通話。當(dāng)有人在使用電話時，電話線路電壓跌到9V左右，此時R4上分得的電壓不足使T2導(dǎo)通，T1通過電阻R2或得偏置電壓，T1導(dǎo)通，LED發(fā)光，指示有人正在使用電話，請暫時不要使用。

元件選擇及制作注意事項：

所有元件型號按照以上電路圖指明的選用，三極管選擇9014，要求放大倍數(shù)大于150，三極管的引腳見下圖：

三、開關(guān)電路3

（1）截止區(qū)、飽和區(qū)條件

1、進(jìn)入截止區(qū)條件：上面提到了要使三級管進(jìn)入截止區(qū)的條件是當(dāng)基極沒有電流時候，但是在什么情況下能達(dá)到此要求呢？對硅三極管而言，其基極跟發(fā)射極接通的正向偏壓約為0.6V，因此欲使三極管截止，基極輸入電壓（Vin）必須低于0.6V，以使三極管的基極電流為零。通常在設(shè)計時，為了令三極管必定處于截止?fàn)顟B(tài)，往往使Vin值低于0.3V。當(dāng)然基極輸入電壓愈接近0V愈能保證三極管必處于截止?fàn)顟B(tài)。

2、進(jìn)入飽和區(qū)條件：首先集電極要接一個負(fù)載電阻R1，基極要接一個基極電阻R2，如圖.1所示。欲將電流傳送到負(fù)載上，則三極管的集電極與發(fā)射極必須短路。因此必須使Vin達(dá)到足夠高的電位，以驅(qū)動三極管進(jìn)入飽和工作區(qū)工作。三極管呈飽和狀態(tài)時，集電極電流相當(dāng)大，幾乎使得整個電源電壓Vcc均跨在負(fù)載電阻上，如此則Vce便接近于0，而使三極管的集電極和發(fā)射極幾乎呈短路。在理想狀況下，根據(jù)歐姆定律，三極管呈飽和時，1）集電極飽和電流應(yīng)該為： Ic（飽和）=Vcc/R1------------------（公式1）集電極飽和電流

2）基極電流最少應(yīng)為：

Ib（飽和）=Ic（sat）/β=Vcc/（β*R1）--------（公式2）基極飽和電流

上式表達(dá)出了Ic和Ib之間的基本關(guān)系，式中的β值代表三極管的直流電流增益，對某些三極管而言，其交流β值和直流β值之間有著甚大的差異。欲使開關(guān)閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過或等于（公式2）式所要求的最低基極電流。由于基極回路只是一個基極電阻、基極與發(fā)射極接面的串聯(lián)電路，故Vin可由下式來求解：

3）基極輸入電壓Vin最少應(yīng)為：

Vin=Ib（飽和）*R2 + 0.6V=====》Vin=（+0.6V*Vcc*R2）/（β*R1）----（公式3）基極飽和輸入電壓

一旦基極電壓超過或等于（公式3）式所求得的數(shù)值，三極管便導(dǎo)通，即進(jìn)入飽和區(qū)，使全部的供應(yīng)電壓均跨在負(fù)載電阻R1上，而完成了開關(guān)的閉合動作。

（2）實(shí)例分析之用三極管做為燈泡開關(guān)

如下電路圖.2所示，燈泡的內(nèi)阻為16歐姆，基極串接電阻為1K，三極管的直流電流增益為150，現(xiàn)在我們要確定Vin的電壓為多少時候可以使三極管處于截止、飽和狀態(tài)，即可以使燈泡點(diǎn)亮或者熄滅。

圖.2

1、燈泡熄滅

只要Vin小于0.3V，此時三極管進(jìn)入截止區(qū)，集電極沒有電流流過，燈泡自然就熄滅了。

2、燈泡點(diǎn)亮

要使燈泡點(diǎn)亮，則三極管的集電極必須有電流流過，即要進(jìn)入飽和區(qū)。根據(jù)公式可計算出：

集電極的飽和電流為（根據(jù)公式1）：Ic（飽和）=24V/16R=1.5A

基極飽和電流為（根據(jù)公式2）：Ib（飽和）=24V/（150*16）=10mA

基極輸入電壓為（根據(jù)公式3）：Vin=10mA*1K+0.6V=10.6V

所以，當(dāng)Vin大于或等于10.6V時候，燈泡就會點(diǎn)亮；反之，當(dāng)Vin小于或等于0.3V時候，燈泡會熄滅。

由此例子可以看出，欲利用三極管開關(guān)來控制大到1.5A的負(fù)載電流的啟閉動作，只須要利用甚小的控制電壓和電流即可。此外，三極管雖然流過大電流，卻不須要裝上散熱片，因為當(dāng)負(fù)載電流流過時，三極管呈飽和狀態(tài)，其Vce趨近于零，所以其電流和電壓相乘的功率之非常小，根本不須要散熱片。

（2）實(shí)例分析之用三極管做為電壓輸出開關(guān)

1、供電電壓Vcc=9V；Vin使用MCU的GPIO口控制，輸出電壓為：0V與3.3V；要求Vout的輸出電壓為4V/10mA。

2、9014的技術(shù)參數(shù)：

集電極最大耗散功率PCM＝0.4W（Tamb=25℃）

集電極最大允許電流ICM=0.1A集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V

基極發(fā)射極飽和壓降VBE（sat）=1V （IC=100mA; IB=5mA）

β=150

圖.3

3、計算集電極上的電阻（R1）的值 集電極最大允許電流ICM=0.1A，所以R1=Vcc/0.1A=9V/0.1A=90R，所以最小集電極的電阻為90R，我們不妨定R1的電阻為10K。所以我們?nèi)1=10K。由于Vout的電流輸出最大為10mA，為了留夠余量所以定為20mA或者30mA。現(xiàn)在我們定為20mA，R1的功率為PR1=20mA*4V=0.08W《1/8。最后我們就可以定R1為10K貼片電阻（1/8W）。4、計算負(fù)載電阻（R3的值） 當(dāng)Vin=0V時候，三極管截止，9014的集電極沒有電流流過，Vout的值是由R1、R2這兩個電阻分壓得來的。根據(jù)分壓我們就可以算出R3的電阻值了：R3=（R1*Vout）/（Vcc-Vout）=（10K*4V）/（9V-4V）=8K由于8K電阻比較難買到，所以我們定一個較常見的8.2K，所以R3=8.2K貼片電阻（1/8W）。5、計算基極電阻（R2的值） 我們已經(jīng)知道了Vin的上限為3.3V，根據(jù)公式1、2、3就可以計算出R2的值了：R2=（Vin-Vbe）* β*R1/VCC=（3.3V-1V）*150*10K/9V=383K，最后定R2=370K/貼片電阻

確定的參數(shù)：R1=10K/0603 R2=370K/0603 R3=8.2K/0603測試結(jié)果： Vin=3.3V時候：測試Vbe=0.567V接近于0.6V，三極管已經(jīng)進(jìn)入飽和區(qū)。 萬用表上顯示的是Vout為0.1V，實(shí)際上就是Vce=0.1V《《4V。 Vin=0V時候：萬用表上顯示的是Vout為4.06V，即符合當(dāng)初設(shè)想的4V電壓輸出。