三極管晶體管開關電路設計

TTL晶體管開關電路按驅動能力分為小信號開關電路和功率開關電路；按晶體管連接方式分為發射極接地（PNP晶體管發射極接電源）和射級跟隨開關電路

1. 發射極接地開關電路
1.1 ：

NPN型和PNP型基本開關電路圖

上面的基本電路離實際設計電路還有些距離：由于晶體管基極電荷存儲積累效應使晶體管從導通到斷開有一個過渡過程（當晶體管斷開時，由于R1的存在，減慢了基極電荷的釋放，所以Ic不會馬上變為零）。也就是說發射極接地型開關電路存在關斷時間，不能直接應用于中高頻開關。

1.2 實用的NPN型和PNP型開關原理圖1

 

基本原理：當晶體管突然導通（IN信號突然發生跳變），C1瞬間短路，為三極管快速提供基極電流，這樣加速了晶體管的導通。當晶體管突然關斷（IN信號突然發生跳變），C1也瞬間導通，為卸放基極電荷提供一條低阻通道，這樣加速了晶體管的關斷。C通常取值幾十到幾百皮法。電路中R2是為了保證沒有IN輸入高電平時三極管保持關斷狀態；R4是為了保證沒有IN輸入低電平時三極管保持關斷狀態。R1和R3是基極電流限流用。

1.3 實用的NPN型開關原理圖2（消特基二極管鉗位）：

 

消特基二極管鉗位NPN型三極管開關電路圖

基本原理：由于消特基二極管Vf為0.2至0.4V比Vbe小，所以當晶體管導通后大部分的基極電流是從二極管然后通過三極管到地的，這樣流到三極管基極的電流就很小，積累起來的電荷也少，當晶體管關斷（IN信號突然發生跳變）時需要卸放的電荷少，關斷自然就快。

1.4 實際電路設計
在實際電路設計中需要考慮三極管Vceo,Vcbo等滿足耐壓，三極管滿足集電極功耗；通過負載電流和Hfe（取三極管最小Hfe來計算）計算基極電阻（要為基極電流留0.5至1倍的余量）。注意消特基二極管反向耐壓。
2. 發射極跟隨開關電路

 

基本原理：發射極跟隨的優點就是開關速度快，可應用于中高頻信號的開關；R2不能太，大了電路容易受干擾；當然也不能太小，否則白白浪費前級的驅動能力。基極不需要限流電阻了，因為負載電流除以Hfe就是基極電流，三極管會自動向上級所取這么大的電流。
3. 功率開關電路
上面說到的開關電路適用于小功率開關，當負載電流較大時，有兩個辦法解決：一是選擇高Hfe管，這樣就利于前級提供基極電流；另外一個辦法就是使用達林頓連接方式把兩個三極管串起來，這樣Hfe=Hfe1*Hfe2，也利于前級提供基極電流。

使用達林頓連接方式時請注意：基極和發射極電位差1.2至1.4伏；計算后管集電極功耗時使用的管壓降不再是它的Vce(Sat)而是它的Vbe，也就是0.6至0.7伏。