三极管作开关的应用场景和参数

一、三极管作开关应用场景

我们会经常看到电路方案中使用三极管作为开关来驱动某些负载，如LED灯，蜂鸣器，电机，或者是给电源芯片使能。一般结构如下图：

上图中触发器端通常是来自控制器（如单片机）的高低电平控制信号，控制信号又分为TTL和CMOS，根据实际应用场景不同电平标准不同。但无论是哪种，控制器的引脚输出电流小，负载能力弱。而所需要驱动的器件通常又多是需要相对大电流，用控制器引脚输出的高电平是无法直接驱动的。因此就需要用到三级管这样的开关器件来实现。

二、三极管作开关需要考虑的参数

三极管作为开关器件使用，即需保证其工作在截止区和饱和区之间。如不能充分饱和，则在三极管上所消耗的功率比较大且会发热，这是我们不愿意看到的。三极管作开关主要注意下面几个参数：

Ic（max）：集电极最大电流，即三极管集电极到发射极之间所能承受的最大电流值，负载电路电流超过这个值就有烧坏三极管的风险。

Vceo：集电极-发射极最大承受电压，即施加在集电极和发射极之间的最大工作电压值，如果负载端工作电压值大于这个耐压值，会烧坏三极管。

Vcbo：集电极-基极最大承受电压，即在选用三极管时，集电极和基极之间的压差也不能太大，应在最大耐压范围内。

Vebo：基极-发射极最大承受电压，即选用三极管时基极与发射极最大承受电压应大于基极的开关信号电压。

ICEX：截止状态Ic漏电流。

IBL：截止状态Ib漏电流。

hEF：电流增益，通常三极管在充分饱和状态下Ic并不等于hEF乘以Ib，可用此参数判断三极管是否处在饱和状态。

Vce（sat）：饱和状态下Vce最大值，饱和越充分，通常Vce会越低，相对的三极管的功耗和发热也会更低。

Vbe（sat）：饱和状态下Vbe导通电压的最大值，在初步选用计算时，会以硅管0.7V锗管0.3V来估算。

PD：最大功率损耗，三极管的能承受的最大功率损耗，计算公式是Uce X Ic，因Ib相对于Ic可以忽略不计，则基极-发射极的功耗也可以忽略不计，只以集电极-发射极之间的损耗为三极管的损耗。

RθJA：热阻，通过此参数计算管子结温是否会超过结温临界。

三、开关三极管选型原则

1.负载端工作电压

2.ic

3.功耗

4.Ub

5.工作最大结温<规格最大结温，工作最大结温=工作最大环境温度+最大温升，通常结温设计会做40℃降额设计，也就是 工作最大结温<规格最大结温-40℃。

四、开关三极管饱和状态计算过程

我们都知道三极管在放大状态Ic=β·Ib，但开关饱和状态下并不是这样的线性关系，如果先计算Ib再使用公式计算Ic是不合理的。

正确三极管的选择方法是从负载端往回计算。

在初步选定三极管之后打开其规格书，找到最关键的曲线：

有了上面这个曲线，一切就好办了。

1.确定工作电流Ic大小。根据负载来计算，假如所设计的负载正常工作电流为20mA，那么就能确定三极管打开时流经三极管的ic为20mA。

2.通过曲线确定Ib大小。回看上面的曲线会发现，若要保证Ic能达到20mA，Ib至少要大于0.06mA，否则三极管就是处于放大区，Ic与Ib呈线性比例关系，Ib小于0.06mA则Ic就会小于20mA。我们想要三极管深度饱和，这样Vce会尽可能小，管子上的损耗也会小，因此Ib要尽可能大，但Ib过大又会增加基极前端的功耗。曲线所示，Ib大到一定程度之后Vce的变化幅度几乎很小。所以Ib选择0.5mA左右就能充分达到饱和状态。

3.确定Vce大小。经过上一步确定Ib的过程后，就能对应曲线中Vce的大小，约为0.15V。

4.确定Vbe大小。这个时候需要找到另一个曲线图：Ic-Vbe曲线，就可以通过Ic确定Vbe大小，如下图，Vbe约为0.72V。

5.确定了上面4个主要参数，就能对电路进行搭建了。包括基极电阻选择合适的大小来实现Ib的配置。负载端应该配多少阻值的电阻使器件正常工作。

五、三级管开关电路基极下拉电阻的作用

（图片摘自https://blog.csdn.net/qq_42992084/article/details/99172543）

有了前面的设计，一个三极管开关电路的基本功能就能实现了。但是通常情况下为了保证开关设计的可靠性，会在基极增加一个下拉电阻，如上图R2。下拉电阻的主要作用：

1.在控制器没有控制指令的时候给基极确定状态，即下拉状态，防止其他信号的扰动误触。

2.提高关断速度，实际的三极管各极之间都会有极间电容存在，开启时电容充电，关断时电容放电，有下拉电阻可以给电容放电一个路径，以免延缓关断时间。

3.提高开关信号门槛电压。没有下拉电阻时Vin大于0.7V就可以导通，有下拉电阻时会提高Vin导通值，也是一种防外界干扰的措施。