三極體開關電路工作原理解析

2021-03-01 熱點民間

三極體開關電路工作原理解析


圖一所示是NPN三極體的 共射極電路，圖二所示是它的特性曲線圖，圖中它有3 種工作區域：截止區(Cutoff Region)、線性區 (Active Region) 、飽和區(Saturation Region)。三極體是以B 極電流IB 作為輸入，操控整個三極體的工作狀態。若三極體是在截止區，IB 趨近於0 (VBE 亦趨近於0)，C 極與E 極間約呈斷路狀態，IC = 0，VCE = VCC。若三極體是在線性區，B-E 接面為順向偏壓，B-C 接面為逆向偏壓，IB 的值適中 (VBE = 0.7 V)， I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被 IB 操控。若三極體在飽和區，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 與B-E 兩接面均為正向偏壓，C-E間等同於一個帶有0.2 V 電位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 與 IB 無關了，因此時的IB大過線性放大區的IB 值， Ic<hFE IB 是必然的。三極體在截止態時 C-E 間如同斷路，在飽和態時C-E 間如同通路 (帶有0.2 V 電位降)，因此可以作為開關。控制此開關的是 IB，也可以用 VBB 作為控制的輸入訊號。圖三、四分別顯示三極體開關的通路、斷路狀態，及其對應的等效電路。

圖1 NPN 三極體共射極電路 圖2 共射極電路輸出特性曲

圖3、截止態如同斷路線圖 圖4、飽和態如同通路

實驗：三極體的開關作用

簡單三極體開關：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（發光二極體），將輸入信號 VIN 從0 調到最大 (等分為約20 個間隔)，觀察並記錄對的 VOUT 以及LED 的亮度。當三極體開關為斷路時，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。當三極體開關通路時，VOUT = 0.2V ，LED 會亮。改良三極體開關：因為三極體由截止區過度到飽和區需經過線性區，開關的效果不會有明確的界線。為使三極體開關的效果明確，可串接兩三極體，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)，觀察並記錄對應的VOUT 以及LED 的亮度。


圖5、簡單開關三極體電路圖 圖6、改良三極體開關電路-達林頓電路圖

以上可以看出幾乎任何一種型號三極體都可一做為電子開關來使用，如果條件允許也可用來控制加熱設備。可見開關三極體只是一個籠統的概念，不過市面上也有少數的專用開關三極體出售.

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