雖然晶體管（BJT）通常用于制造放大器電路，但它們也可以有效地用于開關(guān)應(yīng)用。

晶體管開關(guān)是一種電路，其中晶體管的集電極以相對(duì)較大的電流打開/關(guān)閉，以響應(yīng)其基極發(fā)射極上相應(yīng)切換的低電流ON/OFF信號(hào)。

例如，以下BJT配置可用作反相計(jì)算機(jī)邏輯電路輸入信號(hào)的開關(guān)。

在這里，您可以發(fā)現(xiàn)輸出電壓Vc與施加在晶體管基極/發(fā)射極上的電位相反。

此外，與基于放大器的電路不同，基極不與任何固定直流電源連接。集電極具有與系統(tǒng)電源電平相對(duì)應(yīng)的直流電源，例如在此計(jì)算機(jī)應(yīng)用案例中為 5 V 和 0

V。

我們將討論如何設(shè)計(jì)這種電壓反轉(zhuǎn)，以確保工作點(diǎn)沿負(fù)載線正確從切斷切換到飽和，如下圖所示：

對(duì)于目前的情況，在上圖中，我們假設(shè)IC = ICEO = 0 mA，當(dāng)IB = 0 uA時(shí)（關(guān)于增強(qiáng)施工策略的一個(gè)很好的近似值）。此外，假設(shè)VCE =

VCE（sat） = 0 V，而不是通常的0.1至0.3 V電平。

現(xiàn)在，在Vi = 5 V時(shí)，BJT將接通，設(shè)計(jì)考慮因素必須確保配置高度飽和，IB幅度可能大于接近飽和水平的IB曲線的相關(guān)值。

如上圖所示，該條件要求IB大于50 uA。

計(jì)算飽和度水平

所示電路的集電極飽和水平可以使用以下公式計(jì)算：

IC（衛(wèi)星） = Vcc / Rc

飽和水平之前有源區(qū)域的基極電流大小可以使用以下公式計(jì)算：

IB（最大值） ? IC（衛(wèi)星） / βdc ----------公式 1

這意味著，要實(shí)現(xiàn)飽和度，必須滿足以下條件：

IB 》 IC / IC / βdc -------- 公式 2

在上面討論的圖中，當(dāng)Vi = 5 V時(shí)，可以用以下方法評(píng)估得到的IB水平：

如果我們用這些結(jié)果測(cè)試等式 2，我們會(huì)得到：

這似乎完全滿足了所需的條件。毫無疑問，任何高于60 uA的IB值都將被允許通過與垂直軸非常接近的負(fù)載線穿過Q點(diǎn)進(jìn)入。

現(xiàn)在，參考第一個(gè)圖中顯示的BJT網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)Vi = 0 V，IB = 0 uA時(shí)，假設(shè)IC = ICEO = 0

mA，RC上發(fā)生的壓降將按照以下公式計(jì)算：

VRC = 紅十字國(guó)際委員會(huì) = 0 V。

對(duì)于上面的第一張圖，這給了我們VC = +5 V。

除了計(jì)算機(jī)邏輯切換應(yīng)用外，這種BJT配置還可以像使用負(fù)載線相同極值點(diǎn)的開關(guān)一樣實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)發(fā)生飽和時(shí)，電流IC趨于相當(dāng)高，這相應(yīng)地將電壓VCE降至最低點(diǎn)。

這在兩個(gè)端子上產(chǎn)生一個(gè)電阻水平，如下圖所示，并使用以下公式計(jì)算：

R（sat） = VCE（sat） / IC（sat），如下圖所示。

如果我們假設(shè)VCE（sat）的典型平均值，例如上式中的0.15 V，我們得到：

與BJT集電極端子上的串聯(lián)電阻（以千歐姆為單位）相比，集電極發(fā)射極兩端的電阻值看起來非常小。

現(xiàn)在，當(dāng)輸入Vi = 0 V時(shí)，BJT開關(guān)將被切斷，導(dǎo)致集電極發(fā)射極兩端的電阻為：

R（截止） = Vcc / ICEO = 5 V / 0 mA = ∞ Ω

這導(dǎo)致集電極發(fā)射極端子上出現(xiàn)開路情況。如果我們考慮ICEO的典型值為10 uA，則截止電阻的值如下所示：

截止 = Vcc / ICEO = 5 V / 10 uA = 500 k Ω

該值看起來非常大，相當(dāng)于大多數(shù)BJT配置作為開關(guān)的開路。

求解一個(gè)實(shí)際的例子

計(jì)算下面配置如逆變器的晶體管開關(guān)的RB和RC值，假設(shè)ICmax = 10mA

表示收集器飽和度的公式為：

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 kΩ

此外，在飽和點(diǎn)

IB ? IC（衛(wèi)星） / βdc = 10 mA / 250 = 40 μA

為了保證飽和，讓我們選擇IB = 60 μA，并使用公式

IB = Vi - 0.7 V / RB，我們得到

RB = 10 V - 0.7 V / 60 μA = 155 kΩ ，

將上述結(jié)果四舍五入為150 kΩ，并再次計(jì)算上述公式，我們得到：

IB = Vi - 0.7 V / RB

= 10 V - 0.7 V / 150 kΩ = 62 μA，

由于 IB = 62 μA 》 ICsat / βdc = 40 μA

這證實(shí)了我們必須使用 RB = 150 kΩ

計(jì)算開關(guān)晶體管

您會(huì)發(fā)現(xiàn)稱為開關(guān)晶體管的特殊晶體管，因?yàn)樗鼈儚囊粋€(gè)電壓電平切換到另一個(gè)電壓電平的速度很快。

下圖將符號(hào)為 ts、td、tr 和 tf 的時(shí)間段與器件的集電極電流進(jìn)行了比較。

時(shí)間段對(duì)集電極速度響應(yīng)的影響由集電極電流響應(yīng)定義，如下所示：

晶體管從“關(guān)”狀態(tài)切換到“開”狀態(tài)所需的總時(shí)間表示為 t（on），可通過以下公式確定：

t（on） = tr + td

此處，td標(biāo)識(shí)輸入開關(guān)信號(hào)改變狀態(tài)和晶體管輸出響應(yīng)變化時(shí)發(fā)生的延遲。時(shí)間tr表示從10%到90%的最終開關(guān)延遲。

bJt 從打開狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)所花費(fèi)的總時(shí)間表示為 t（off），由以下公式表示：

t（關(guān)閉） = ts + tf

TS 確定存儲(chǔ)時(shí)間，而 tf 確定從原始值的 90% 到 10% 的下降時(shí)間。

參考上圖，對(duì)于通用BJT，如果集電極電流Ic = 10 mA，我們可以看到：

TS = 120 ns， TD = 25 ns， TR = 13 ns， TF = 12 ns

這意味著 t（on） = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

t（off） = ts + tf = 120 ns + 12 ns = 132 ns