[任務(wù)] GPIO通常無法提供比較大的拉電流和灌電流，試用三極管設(shè)計(jì)開關(guān)電路，以驅(qū)動大功率負(fù)載。

[構(gòu)思] 以NPN三極管（PNP管設(shè)計(jì)為NPN情形的對偶類推，即VCC與GND對偶互換；NPN管C極接收灌電流，而PNP管C極輸出電流）代替受控開關(guān)SW。控制模型如圖1，控制波形如圖2（類似于非門）。三極管代替開關(guān)SW后，基極電流必須限制（否則會燒毀三極管），所以在基極串聯(lián)電阻R1；當(dāng)輸入控制信號vi浮空（高阻態(tài)）時，有可能使三極管誤導(dǎo)通，所以在基極接下拉電阻R2,使三極管在控制信號vi為低電平或高阻態(tài)時，基極電平“鉗制 ”在低電平而不至于因外界干擾而誤導(dǎo)通。須知：負(fù)載的誤動作有時是極其危險，甚至是致命的。構(gòu)造的三極管開關(guān)電路如圖3。

[分析] 如圖3：當(dāng)輸入信號vi為高電平時，開關(guān)閉合，負(fù)載RL通電，輸出信號vo為低電平；當(dāng)輸入vi為低電平時，開關(guān)斷開，負(fù)載RL斷電，輸出信號vo為高電平。一般而言，VCC為負(fù)載RL的額定電壓，為了使負(fù)載工作正常，負(fù)載的工作電壓越接近VCC越好。因此，當(dāng)三極管導(dǎo)通時，集電極與發(fā)射極之間的壓降（UCE）越小越好，這意味著三極管工作在飽和狀態(tài)，接下來的元件參數(shù)計(jì)算正是基于這種狀態(tài)。

[計(jì)算] 假定輸入信號為TTL電平（0V,5V），負(fù)載RL額定電流IC = 5mA，選用2SC2458三極管：hFE(min) = 70，BV = 50V，ICM = 0.15A， PCM = 0.2W， f = 80MHz。見圖4。

下面計(jì)算R1，R2的取值：

使基極電流達(dá)到集電極電流的1/hFE（IB=IC/hFE），晶體管將處于導(dǎo)通狀態(tài)。考慮到hFE的分散性及基極電流受溫度影響而變化等因素，應(yīng)使基極電流稍大些（過驅(qū)動），通常按所使用的三極管hFE的最低值計(jì)算的基極電流的1.5~2倍，即IB=(1.5~2) *IC/hFE(min)。已知：IC=5mA,hFE(min)=70,IB=(1.5~2) IC/hFE(min)=(1.5~2)×5/70 = 0.1~0.14mA,可取0.2mA(一位小數(shù)且大于0.14mA)。

由于三極管導(dǎo)通時，基極電位為0.7V，故高電平（5V）在R1上產(chǎn)生的壓降為4.3V。前面已算出IB=0.4mA,故R1=4.3/0.2=22kΩ。

R2下拉確保輸入信號為低電平或高阻態(tài)時三極管可靠截止，如果R2過大，將很容易受到外界噪聲的干擾，過小則會過度分基極電流。這里不妨使R2=R1=22kΩ 。最終設(shè)計(jì)完成的原理圖如圖5。