原创 如何使用双极三极管设计开关电路

   如何使用双极三极管设计开关电路

某些刚刚电子初学者对三极管用作开关时，有些疑惑，并且看到网上的部分文章都是抄来抄去，且有些甚至是不合适的设计，使新手还是一头雾水。想就自己的经验谈一谈这些问题。希望大家能设计出低功耗、低成本、高性能、高可靠性、长寿命的开关电路。

对三极管工作原理不太清楚的可以看看下面链接的几篇文章，写得非常好，很佩服作者

http://apps.hi.baidu.com/share/detail/5488253#content（三极管放大原理正解（转载））

http://apps.hi.baidu.com/share/detail/5488127#content

一、选择PNP还是NPN？

这个是由负载的位置决定：

（1）    负载一端接地：可以使用NPN

（2）    负载一端接电源：可以使用PNP

（3）    负载既不接地也不接电源：可以使用NPN+PNP

原因等看了下面的就知道了。

二、原理

三极管用作开关时，本身功耗要小，这样既可以降低整机功耗，还能延长三极管工作寿命

功率        P=I*V

        I(电流)要满足负载需要，因此这个是固定的，因此不能变，想要降低功耗，只能降低V，也就是三极管压降。因此三极管的工作状态应该是临界饱和，此时，放大倍数是其本身的倍数，集电极电流和Vce压降取得平衡点。若此时继续降低压降，三极管就会进入过饱和，此时集电极电流就会急剧减小；若增大电流，压降就会急剧增大。因此要取临界饱和点。图1是NPN三极管用作开关电路的典型。

             图1 (图中三极管型号只是模型，并不代表实际型号)

三、设计实例

首先说明设计需求：控制电压Vb = 5V，电源Vc = 5V，负载（发光二极管工作电流）Ic = 10毫安，控制电压Vb提供的电流不大于100 u A，（你可以认为控制电压是单片机IO提供的）。

设计过程

首先是选型：本电路无要求，所以可以选择NPN或PNP，这里选择使用NPN，放大倍数最小为 10 m
A / 100 u A = 100,我们选择的三极管就为100倍。

工作状态的分析：

基极电流为100 u A ，因此约为

( 5V – 0.7V ) / 100u A = 43K

这里为了方便，选取50K，影响不大。

集电极工作电流为10m A ，工作在临界饱和状态， Vce为0.3V（这个要查看说明书的特性曲线）。发光二极管的压降为2V，则限流电组分压为5-0.3-2
= 2.7V，阻值为

2.7V / 10m A =
270欧姆。分析完毕。电路结构如下：

图2 (图中三极管型号只是模型，并不代表实际型号)

这个电路工作状态如下：

基极电流100u A 集电极电流 10m A ，Vce 为0.3V。满足如下原则：

基极吸取电流小，集电极电流满足负载，三极管开关压降较低，功耗较小，符合要求。

另外，附上一个PNP的(图3)

 图3  (图中三极管型号只是模型，并不代表实际型号)