開關三極管的外形與普通三極管外形相同，它工作于截止區(qū)和飽和區(qū)，相當于電路的切斷和導通。由于它具有完成斷路和接通的作用，被廣泛應用于各種開關電路中，如常用的開關電源電路、驅動電路、高頻振蕩電路、模數轉換電路、脈沖電路及輸出電路等。

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與閉合動作，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（關閉狀態(tài)），此時三極管乃工作于截止區(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（連接狀態(tài)），此時三極管乃工作于飽和區(qū)。

三極管基本開關原理圖：

1.基極必須串接電阻，保護基極，保護CPU的IO口。

2.基極根據PNP或者NPN管子加上拉電阻或者下拉電阻。

3.集電極電阻阻值根據驅動電流實際情況調整。同樣基極電阻也可以根據實際情況調整。

基極和發(fā)射極需要串接電阻，該電阻的作用是在輸入呈高阻態(tài)時使晶體管可靠截止，極小值是在前級驅動使晶體管飽和時與基極限流電阻分壓后能夠滿足晶體管的臨界飽和，實際選擇時會大大高于這個極小值，通常外接干擾越小、負載越重準許的阻值就越大，通常采用10K量級。

防止三極管受噪聲信號的影響而產生誤動作，使晶體管截止更可靠。三極管的基極不能出現懸空，當輸入信號不確定時（如輸入信號為高阻態(tài)時），加下拉電阻，就能使有效接地。

特別是GPIO連接此基極的時候，一般在GPIO所在IC剛剛上電初始化的時候，此GPIO的內部也處于一種上電狀態(tài)，很不穩(wěn)定，容易產生噪聲，引起誤動作。加此電阻，可消除此影響（如果出現一尖脈沖電平，由于時間比較短，所以這個電壓很容易被電阻拉低；如果高電平的時間比較長，那就不能拉低了，也就是正常高電平時沒有影響）。

但是電阻不能過小，影響泄漏電流。（過小則會有較大的電流由電阻流入地）

當三極管開關作用時，ON和OFF時間越短越好，為了防止在OFF時，因晶體管中的殘留電荷引起的時間滯后，在B，E之間加一個R起到放電作用。

三極管開關電路設計（一）

當晶體管突然導通（IN信號突然發(fā)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(fā)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(tài)；R4是為了保證沒有IN輸入低電平時三極管保持關斷狀態(tài)。R1和R3是基極電流限流用。

三極管開關電路設計（二）

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(fā)生跳變）時需要卸放的電荷少，關斷自然就快。

三極管開關電路設計（三）

簡單三極管開關：電路如圖5，電阻RC是LED限流用電阻，以防止電壓過高燒壞LED（發(fā)光二極管），將輸入信號VIN從0調到最大（等分為約20個間隔），觀察并記錄對的VOUT以及LED的亮度。當三極管開關為斷路時，VOUT=VCC=12V，LED不亮。當三極管開關通路時，VOUT=0.2V，LED會亮。改良三極管開關：因為三極管由截止區(qū)過度到飽和區(qū)需經過線性區(qū)，開關的效果不會有明確的界線。為使三極管開關的效果明確，可串接兩三極管，電路如圖六。同樣將輸入信號VIN從0調到最大（等分為約20個間隔），觀察并記錄對應的VOUT以及LED的亮度。

三極管開關電路設計（四）

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。

發(fā)射極跟隨開關電路

發(fā)射極跟隨的優(yōu)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。

三極管開關電路設計（五）

圖所展示的是一種非常常用的三極管開關電路圖，也就是工程師們比較常提到的三極管反相器電路，該種電路對NPN、PNP型三極管來說都是適合的。在該電路的運行過程中，vin無輸入電位Q1截止。Vin高電平時Q1導通，Q2基極得高電位，Q2截止。

三極管開關電路設計（六）

在反相器電路的設計過程中，我們還可以利用兩只NPN三極管來構成一個簡單的反相器電路，圖2所展示的就是這種比較簡單的開關電路圖設計方式。在這一開關電路中，vin無輸入電位Q1截止，Q2導通。Vin接入高電平Q1導通，促使Q2基極電位下級，Q2截止。

三極管開關電路設計（七）

圖1是一個簡單的亮通開關。RP為光控閾值調節(jié)電位器，通過它可調節(jié)光控靈敏度（下面幾個電路均相同）。白天光線較強，光敏電阻器RG呈低阻值，三極管VT導通，繼電器K吸合，其常開觸點閉合，接通被控電器工作。夜間，光線較暗，RG呈高電阻，VT截止，K釋放，被控電器停止工作。

三極管開關電路設計（八）

圖2為典型的暗通開關，它利用VT2反相原理將原來的亮通改為暗通。白天RG呈低電阻，VT1導通，其集電極輸出低電平，故VT2截止，K不動作。當夜間光線較暗時，RG呈高電阻，VT1截止，其集電極輸出高電平，VT2導通，K吸合動作，從而實現暗通的操作。

上述兩電路，如果將光敏電阻器RG與電位器RP位置互換，則亮通就變?yōu)榘低?，暗通則變?yōu)榱镣ā?/p>

三極管開關電路設計（九）

圖3是一個實用的光控延遲開關，工作條件是：需要為RG外面制作一個遮光筒，這樣平時無論外面光線強弱如何，只要無直射光線射入遮光筒，RG均無強光照射而呈高電阻。圖3～圖5電路均有此要求。電路工作過程是：平時RG為高電阻，VT1截止，VT2也同樣截止，K不動作。當用手電筒或激光筆對準遮光筒里的RG照射一下，RG立刻呈低電阻，VT1導通，因VT1導通時其等效電阻很小，C1很快充滿電荷，VT2也導通，K吸合，被控電器工作。停止光照后，VT1雖恢復截止，但C1所儲存的電荷可通過R向VT2發(fā)射結放電，仍能維持VT2保持導通態(tài)。C1電荷隨放電逐漸減少，當不足以維持VT2導通時，VT2即截止，K釋放，被控電器停止工作。電路延遲時間主要由R與C1放電時間常數決定，但VT2的β值對延遲時間影響很大，若β值較小，就限制了R的取值，故要求β值在200以上，VT2最好能采用達林頓復合管。

三極管開關電路設計（十）

圖4為雙敏感器光控開關，RG1為“關”敏感器，RG2為“開”敏感器。電路工作過程為：用電筒或激光筆照一下RG2，VT2立刻導通，K吸合，其常開觸點之一K-1閉合對電路自鎖，另一個常開觸點可使被控電器通電工作。需要關機時，只要再照射一下RG1，使VT1迅速導通，VT1的導通就將VT2的基極電位下拉迫使VT2截止，K釋放，被控電器停止工作。VD2的作用是抬高VT2在導通時的基極電位，有利于照射RG1的關機操作。VD2如改用發(fā)光二極管，還能起到開關機狀態(tài)指示。

三極管開關電路設計（十一）

圖5是單敏感器光控開關，用激光筆或電筒照射時能實現點按一下“開機”，長按一下“關機”的操作。工作過程是：對RG短暫照射一下，VT1導通，電流一路經VT1、VD1、R2注入VT3基極，使VT3迅速導通，K動作吸合，其一個常開觸點K-1閉合對電路自鎖，另一個常開觸點可使被控電器通電，實現“開機”操作。電流另一路經VT1、R1向C1充電，使C1兩端電位上升，但由于RG受光照射時間很短，C1兩端電位不可能上升到VT2的開門電平，故對電路無影響。需要關機時，只要照射RG的時間稍長些，使C1兩端電位升至0.65V左右，VT2即導通，使VT3的基極電位下拉，迫使VT3截止，K釋放，所有常開觸點跳開，從而實現“關機”操作。VD3的作用與圖4中的VD2相同，也可用發(fā)光二極管代替。