晶体管作为开关

1、概述

晶体管开关可用于通过使用处于饱和或截止状态的晶体管来打开或关闭低压直流设备（例如 LED）

当用作交流信号放大器时，晶体管基极偏置电压的施加方式使其始终在其“活动”区域内运行，即使用输出特性曲线的线性部分。 然而，通过对晶体管基极端子进行偏置，以不同方式将晶体管操作为开关，可以使NPN型和PNP型双极晶体管都操作为“ON/OFF”型固态开关。

固态开关是使用晶体管来“打开”或“关闭”直流输出的主要应用之一。 一些输出设备（例如 LED）在逻辑电平直流电压下仅需要几毫安，因此可以直接由逻辑门的输出驱动。 然而，高功率设备（例如电机、螺线管或灯）通常需要比普通逻辑门提供的功率更多的功率，因此需要使用晶体管开关。

如果电路使用双极晶体管作为开关，则晶体管的偏置（NPN 或 PNP）被安排为在我们之前看到的“I-V”特性曲线的两侧操作晶体管。

晶体管开关的工作区域称为饱和区域和截止区域。 这意味着我们可以忽略放大所需的工作 Q 点偏置和分压器电路，并通过在“完全关闭”（截止）和“完全关闭”之间来回驱动晶体管来将其用作开关。 ON”（饱和）区域如下所示。

工作区域

曲线底部的粉色阴影区域代表晶体管的“截止”区域，而左侧的蓝色区域代表晶体管的“饱和”区域。 这两个晶体管区域定义为：

2、截止区域

这里晶体管的工作条件是零输入基极电流 ($I_B$)、零输出集电极电流 ($I_C$) 和最大集电极电压 ($V_{CE}$)，这会导致较大的耗尽层并且没有电流流过器件。 因此晶体管被切换为“完全截止”。

截止特性

• 输入和基极接地（0v）
• 基极-发射极电压$V_{BE}$ < 0.7v
• 基极-发射极结反向偏置
• 基极-集电极结反向偏置
• 晶体管“完全关闭”（截止区域）
• 无集电极电流流动（$I_C=0$）
• V O U T V_{OUT}