一種三極管開關電路設計

　　三極管除了可以當做交流信號放大器之外，也可以做為開關之用。嚴格說起來，三極管與一般的機械接點式開關在動作上并不完全相同，但是它卻具有一些機械式開關所沒有的特點。圖1所示，即為三極管電子開關的基本電路圖。由圖可知，負載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上。

　　輸入電壓Vin則控制三極管開關的開啟（open） 與閉合（closed） 動作，當三極管呈開啟狀態(tài)時，負載電流便被阻斷，反之，當三極管呈閉合狀態(tài)時，電流便可以流通。詳細的說，當Vin為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負載亦沒有電流，而相當于開關的開啟，此時三極管乃勝作于截止（cut off）區(qū)。

　　同理，當Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負載回路便被導通，而相當于開關的閉合，此時三極管乃勝作于飽和區(qū)（saturation）。

　　1 三極管開關電路的分析設計

　　由于對硅三極管而言，其基射極接面之正向偏壓值約為0.6伏特，因此欲使三極管截止，Vin必須低于0.6伏特，以使三極管的基極電流為零。通常在設計時，為了可以更確定三極管必處于截止狀態(tài)起見，往往使Vin值低于 0.3伏特。 （838電子資源）當然輸入電壓愈接近零伏特便愈能保證三極管開關必處于截止狀態(tài)。欲將電流傳送到負載上，則三極管的集電極與射極必須短路，就像機械開關的閉合動作一樣。欲如此就必須使 Vin達到夠高的準位，以驅動三極管使其進入飽和工作區(qū)工作，三極管呈飽和狀態(tài)時，集電極電流相當大，幾乎使得整個電源電壓Vcc均跨在負載電阻上，如此則VcE便接近于0，而使三極管的集電極和射極幾乎呈短路。在理想狀況下，根據奧姆定律三極管呈飽和時，其集電極電流應該為：

　　因此，基極電流最少應為：

　　上式表出了IC和IB之間的基本關系，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。欲使開關閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過或等于（式1） 式所要求的最低基極電流值。由于基極回路只是一個電阻和基射極接面的串聯電路，故Vin可由下式來求解：

　　一旦基極電壓超過或等于（式2） 式所求得的數值，三極管便導通，使全部的供應電壓均跨在負載電阻上，而完成了開關的閉合動作。

　　總而言之，三極管接成圖1的電路之后，它的作用就和一只與負載相串聯的機械式開關一樣，而其啟閉開關的方式，則可以直接利用輸入電壓方便的控制，而不須采用機械式開關所常用的機械引動（mechanical actuator）p螺管柱塞（solenoid plunger）或電驛電樞（relay armature）等控制方式。

　　為了避免混淆起見，本文所介紹的三極管開關均采用NPN三極管，當然NPN三極管亦可以被當作開關來使用，只是比較不常見罷了。

　　試解釋出在圖2的開關電路中，欲使開關閉合（三極管飽和） 所須的輸入電壓為何t并解釋出此時之負載電流與基極電流值解s由2式可知，在飽和狀態(tài)下，所有的供電電壓完全跨降于負載電阻上，因此由方程式（1） 可知：

　　因此輸入電壓可由下式求得s

圖2 用三極管做為燈泡開關