電晶體作為開關


一個 電晶體 可以用作固態開關。如果電晶體工作在飽和區,則它充當閉合開關;如果工作在截止區,則它充當開路開關。

電晶體作為單刀單擲 (SPST) 固態開關工作。當向電晶體基極施加零輸入訊號時,它充當開路開關。如果在輸入端施加正訊號,則它充當閉合開關。

當電晶體作為開關工作時,在截止區,電晶體的電流為零,其上的電壓最大;在飽和區,電晶體電流最大,其上的電壓為零。因此,電晶體開關的導通態和關斷態功耗均為零。

電晶體作為開關的電路圖

截止狀態(開路開關)

當電晶體工作在截止區時,表現出以下特性:

  • 輸入接地,即電位為零。

  • VBE小於導通電壓0.7V。

  • 發射極-基極結和集電極-基極結均反向偏置。

  • 電晶體完全關閉,充當開路開關。

  • 集電極電流 IC = 0 A,輸出電壓 Vout = VCC

飽和狀態(閉合開關)

電晶體工作在飽和區時,表現出以下特性:

  • 輸入連線到VCC

  • 基極-發射極電壓大於導通電壓 (0.7 V)。

  • 基極-發射極結和基極-集電極結均正向偏置。

  • 電晶體完全導通,充當閉合開關。

  • 集電極電流最大

$$\mathrm{I_{C}=\frac{V_{CC}}{R_{L}}}$$ 和 Vout = 0 V。

電晶體的工作特性

  • 截止區 - 要使電晶體工作在此區域,BJT 的兩個結都反向偏置,電晶體的工作條件如下:輸入基極電流 (IB) 等於零,因此輸出集電極電流 (IC) 為零。集電極-發射極電壓 (VCE) 最大。這導致電晶體結上出現大的耗盡層,並且沒有電流可以流過器件。因此,電晶體作為開路開關工作,即完全關閉

  • 飽和區 - 要使電晶體工作在飽和區,BJT 的兩個結都正向偏置,因此可以將基極電流施加到其最大值,從而產生最大集電極電流。由於結正向偏置,耗盡層的寬度儘可能小,導致集電極-發射極電壓降最小。因此,流過電晶體的電流具有最大值,因此電晶體作為閉合開關工作,即完全導通

數值例子

求使負載電流為 150 mA 時導通電晶體所需的最小基極電流值。對於該電晶體,β = 190。如果輸入電壓升至 10 V。還要計算 RB 的值。

解答

電晶體的基極電流

$$\mathrm{I_{B}=\frac{I_{C}}{β}=\frac{150mA}{190}=0.789 mA}$$

電晶體的基極電阻

$$\mathrm{R_{B}=\frac{V_{in}-V_{cut\:in}}{I_{B}}=\frac{10-0.7}{0.789×10^−3}=11.78 kΩ}$$

更新於:2023年11月1日

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