初级模拟电路：3-10 BJT实现开关电路
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1. 基本用法
用BJT晶体管实现开关功能是常常会用到的实用电路。和逻辑门电路相似，当BJT用于开关电路时，也只工做于饱和区和截止区。ui
开关功能的实现电路以下图所示，负载能够是发光二极管、电动机等等。设计
图3-10.01 3d
开关电路的工做原理以下：htm
• 当vi输入0V时，晶体管截止，负载RL上没有电流经过；blog
• 当vi输入高电平时（通常可等于VCC，也能够定义其余电平值），晶体管导通且进入饱和状态，负载RL上有电流经过，而且负载上的电压约等于VCC-VCEsat。ci
开关电路的RB值的设计思路也和前面逻辑门类似，也是根据负载RL的实际状况，计算出能使晶体管进入饱和区的RB，而后再代入验算结果，详见下例所示：get
案例3-10-1：在下面的开关电路中，VCC=12V，电动机负载的有效电阻为RL=5Ω，晶体管的β=100，要求vi的开启电压为5V，试求：（1）能使电路工做的RB；（2）负载上的电流IL和负载功耗PL；（3）晶体管自己的耗损功率。it
图3-10.a1 原理
解：（1）当晶体管临界饱和时：
此时临界饱和电流ICsat为：
而后计算临界饱和时的IBsat值（当处于临界饱和时，β仍视为100）：
使此IBsat成立的RBsat为：
为使BJT进入更深度的饱和，咱们选取RB为比RBsat更小的值，假定选取为100Ω。
验证：当RB为100Ω时，IB为：
此时电流放大倍数为：
可知，在此RB值下，当vi输入5V使BJT导通时晶体管确实处于饱和区，原假设正确。
（2）当晶体管饱和时，负载电流IL为：
负载上的功耗PL为：
（3）晶体管上的耗损功率PD为：
能够看到，晶体管上的耗损功率PD和负载功率PL比起来仍是很小的。
（4）补充说明：
本案例中，负载为电动机，通常对于这种含有电感的负载（电动机、继电器线圈等），用晶体管直接去关断比较危险，由于当电感中的电流突变时，电感会产生很是大的感生电动势，严重时可能会超过晶体管的击穿电压而使晶体管损坏。
因此通常的处理方法是在含有电感的负载旁边并联一个反向二极管，从而使得当晶体管关断时，电感中的剩余电流可以有回路泄掉，而不至于突变产生高压，以下图所示：
图3-10.a2
2. 开关特性
因为有内部PN结和少数载流子的存在，因此和二极管同样，BJT晶体管在导通和关断时也不是瞬间完成的，而是有必定的延迟时间，以下图所示：
图3-10.02
• td：延迟时间（delay time），当基极输入变为高电平后，IC从0上升到目标值的10%所需的时间。
• tr：上升时间（rise time），IC从10%上升到90%所需的时间。
• ton：开启时间（on time），ton=ts+tr，当IC从0上升到90%时，咱们就能够认为晶体管已基本开启。
• ts：存储时间（storage time），当基极开路或输入低电平后，IC从100%降低到90%所需的时间。
• tf：降低时间（fall time），IC从90%降低到10%所需的时间。
• toff：关断时间（off time），toff=ts+tf，当IC从100%降低到10%时，咱们就能够认为晶体管已基本关断。
这些参数在晶体管数据规格书中都会给出，仍以3-8小节的2N4123为例，在规格书的Figure 2中，可读出这些参数值：
图3-10.03
当IC=20mA时，在图中可大体读出：
td = 13ns， tr=13ns， ts = 110ns， tf = 11ns
• 开启时间为：ton = td + tr = 13ns + 13ns = 26ns
• 关断时间为：toff = ts + tf = 100ns + 11ns = 111ns
在要求不过高的功率开关场合，以上的延迟时间基本也够用了。另外有一类晶体管称为开关型晶体管（switching transistor），其开启和关断时间要比上面的值再小一个数量级，都只有十几个纳秒（如BSV52等），具体可参看相关数据规格手册。
（ end of 3-10）