三极管开关电路设计汇总 十一款开关电路设计原理

很多朋友对三极管开关电路设计汇总，十一款开关电路设计原理不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

开关三极管的形状和普通三极管一样。它工作在截止区和饱和区，相当于电路的截止和导通。由于具有开关功能，所以广泛应用于各种开关电路中，如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路、输出电路等。

负载电阻直接连接在晶体管的集电极和电源之间，它位于晶体管主电流的回路中。输入电压Vin控制晶体管开关的打开和关闭动作。当晶体管处于开路状态时，负载电流被阻断，反之，当晶体管处于闭合状态时，电流可以流动。

具体来说，当Vin处于低电压时，由于基极没有电流，集电极也没有电流，所以集电极连接的负载也没有电流，相当于开关的导通(关断)状态。此时，晶体管工作在截止区。同样，当Vin处于高电压时，由于基极电流流动，集电极流过更大的放大电流，因此负载回路导通，相当于开关闭合(连接状态)。此时，晶体管工作在饱和区。

三极管基本开关示意图：1。基极必须与电阻串联，以保护基极和CPU的IO端口。2.基极根据PNP或NPN管增加上拉电阻或下拉电阻。3.集电极电阻器的电阻根据实际驱动电流进行调节。同样，基极电阻也可以根据实际情况进行调整。

基极和发射极需要与电阻串联。这个电阻的作用是当输入为高阻态时，使晶体管可靠关断。最小值在晶体管被前一次驱动饱和时，用基极限流电阻分压后能满足晶体管的临界饱和，实际选择时会远远高于这个最小值。通常，外部干扰越小，负载越重，允许的电阻值越大，通常为10K量级。

防止三极管因噪声信号影响而误动作，使三极管关断更可靠。三极管的基极不能悬空。当输入信号不确定时(如输入信号为高阻态时)，增加一个下拉电阻可以有效地将其接地。

尤其是GPIO连接到这个底座上的时候，一般GPIO所在的IC刚上电初始化的时候，GPIO内部也是上电状态，非常不稳定，容易出现噪音和误操作。加这个电阻可以消除这种影响(如果有尖脉冲电平，因为时间短，电压容易被电阻拉低；如果高水平持续时间长了，降不下来，就是正常的时候没有影响。

但是电阻不能太小，会影响漏电流。(如果太小，会有很大的电流从电阻流入地。)三极管开关工作时，通断时间越短越好。为了防止晶体管关断时残留电荷造成的时间滞后，在B和E之间加一个R来放电。三极管开关电路的设计(1)

当晶体管突然导通时(IN信号突然跳变)，C1瞬间短路，迅速为晶体管提供基极电流，从而加速晶体管的导通。当晶体管突然关断时(IN信号突然跳变)，C1也会瞬间导通，为基极电荷放电提供低阻通道，从而加速晶体管的关断。c通常需要几十到几百皮法。

电路中的R2是为了保证在没有IN输入高电平时晶体管保持关断；R4是为了确保三极管在没有输入低电平时保持关断。R1和R3用于基极电流限制。

三极管开关电路的设计(二)由于基极二极管的Vf比Vbe小0.2-0.4V，晶体管导通后基极电流大部分是从二极管出来再通过三极管流向地，所以流到三极管基极的电流很小，积累的电荷也就少。晶体管关断时(in信号突然跳变)，需要放电的电荷少，关断自然快。

三极管开关电路设计(三)简单三极管开关：电路如图5所示，电阻RC是LED的限流电阻，防止LED(发光二极管)被过高的电压烧毁。将输入信号VIN从0调整到最大值(平均分成约20个区间)，观察并记录该对的VOUT和LED的亮度。三极管开关打开时，VOUT=VCC=12V，LED不亮。三极管开关时，VOUT=0.2V，LED就会亮。

改进的三极管开关：由于三极管从截止区到饱和区需要经过线性区，所以开关的效果不会有明显的边界。为了使三极管开关的效果清晰，可以串联两个三极管，电路如图6所示。同样，将输入信号VIN从0调整到最大值(平均分为约20个区间)，观察并记录相应的VOUT和LED亮度。

三极管开关电路设计(4)在实际电路设计中，需要考虑三极管Vceo、Vcbo等。满足耐压和三极管满足集电极功耗；通过负载电流和hfe(通过晶体管的最小hfe计算)计算基极电阻(为基极电流留出0.5至1倍的余量)。注意detji二极管的反向耐压。发射极跟随开关电路

发射极跟随的优点是开关速度快，可以应用于中高频信号的开关。R2不能太大，太大了电路容易受干扰；当然也不能太小，否则前一阶段的驱动能力就浪费了。基极不需要限流电阻，因为负载电流除以hfe就是基极电流，三极管会自动从上级汲取这么大的电流。

三极管开关电路的设计(五)展示了一个很常见的三极管开关电路图，就是工程师经常提到的三极管逆变电路。该电路适用于NPN和PNP三极管。在电路工作期间，vin的输入电位Q1不关闭。当Vin为高电平时，Q1开启，Q2的基极为高电平，Q2关闭。

三极管开关电路设计（六）在反相器电路的设计过程中，我们还可以利用两只NPN三极管来构成一个简单的反相器电路，图2所展示的就是这种比较简单的开关电路图设计方式。在这一开关电路中，vin无输入电位Q1截止，Q2导通。Vin接入高电平Q1导通，促使Q2基极电位下级，Q2截止。

三极管开关电路设计（七）图1是一个简单的亮通开关。RP为光控阈值调节电位器，通过它可调节光控灵敏度（下面几个电路均相同）。白天光线较强，光敏电阻器RG呈低阻值，三极管VT导通，继电器K吸合，其常开触点闭合，接通被控电器工作。夜间，光线较暗，RG呈高电阻，VT截止，K释放，被控电器停止工作。

三极管开关电路设计（八）图2为典型的暗通开关，它利用VT2反相原理将原来的亮通改为暗通。白天RG呈低电阻，VT1导通，其集电极输出低电平，故VT2截止，K不动作。当夜间光线较暗时，RG呈高电阻，VT1截止，其集电极输出高电平，VT2导通，K吸合动作，从而实现暗通的操作。

上述两电路，如果将光敏电阻器RG与电位器RP位置互换，则亮通就变为暗通，暗通则变为亮通。

三极管开关电路设计（九）图3是一个实用的光控延迟开关，工作条件是：需要为RG外面制作一个遮光筒，这样平时无论外面光线强弱如何，只要无直射光线射入遮光筒，RG均无强光照射而呈高电阻。图3图5电路均有此要求。电路工作过程是：平时RG为高电阻，VT1截止，VT2也同样截止，K不动作。

当用手电筒或激光笔对准遮光筒里的RG照射一下，RG立刻呈低电阻，VT1导通，因VT1导通时其等效电阻很小，C1很快充满电荷，VT2也导通，K吸合，被控电器工作。停止光照后，VT1虽恢复截止，但C1所储存的电荷可通过R向VT2发射结放电，仍能维持VT2保持导通态。C1电荷随放电逐渐减少，当不足以维持VT2导通时，VT2即截止，K释放，被控电器停止工作。

电路延迟时间主要由R与C1放电时间常数决定，但VT2的值对延迟时间影响很大，若值较小，就限制了R的取值，故要求值在200以上，VT2最好能采用达林顿复合管。

三极管开关电路设计（十）图4为双敏感器光控开关，RG1为“关”敏感器，RG2为“开”敏感器。电路工作过程为：用电筒或激光笔照一下RG2，VT2立刻导通，K吸合，其常开触点之一K-1闭合对电路自锁，另一个常开触点可使被控电器通电工作。需要关机时，只要再照射一下RG1，使VT1迅速导通，VT1的导通就将VT2的基极电位下拉迫使VT2截止，K释放，被控电器停止工作。

VD2的作用是抬高VT2在导通时的基极电位，有利于照射RG1的关机操作。VD2如改用发光二极管，还能起到开关机状态指示。

三极管开关电路设计（十一）图5是单敏感器光控开关，用激光笔或电筒照射时能实现点按一下“开机”，长按一下“关机”的操作。工作过程是：对RG短暂照射一下，VT1导通，电流一路经VT1、VD1、R2注入VT3基极，使VT3迅速导通，K动作吸合，其一个常开触点K-1闭合对电路自锁，另一个常开触点可使被控电器通电，实现“开机”操作。

电流另一路经VT1、R1向C1充电，使C1两端电位上升，但由于RG受光照射时间很短，C1两端电位不可能上升到VT2的开门电平，故对电路无影响。需要关机时，只要照射RG的时间稍长些，使C1两端电位升至0.65V左右，VT2即导通，使VT3的基极电位下拉，迫使VT3截止，K释放，所有常开触点跳开，从而实现“关机”操作。VD3的作用与图4中的VD2相同，也可用发光二极管代替。

以上知识分享希望能够帮助到大家！