在數(shù)字電路設計當中，應用最多的當屬三極管，它常常把數(shù)字信號經(jīng)過開關擴流器件來驅動蜂鳴器、LED、繼電器等需要交大電流的器件。
本文只要是關于三極管開關電路的相關介紹，并著重探討了三極管開關電路的原理以及電路類型。
三極管
三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號， 也用作無觸點開關。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。
三極管驅動開關電路圖10大類型
三極管開關電路圖原理
晶體管開關電路（工作在飽和態(tài)）在現(xiàn)代應用中屢見不鮮，經(jīng)典的74LS，74ALS等內部都使用了晶體管開關電路，只是驅動能力一般而已。
TTL晶體管開關電路按驅動能力分為小信號開關電路和功率開關電路；按晶體管連接方式分為發(fā)射極接地（PNP晶體管發(fā)射極接電源）和射級跟隨開關電路。
發(fā)射極接地開關電路
1．1 NPN型和PNP型基本開關原理圖：
上面的基本電路離實際設計電路還有些距離：由于晶體管基極電荷存儲積累效應使晶體管從導通到斷開有一個過渡過程（當晶體管斷開時，由于R1的存在，減慢了基極電荷的釋放，所以Ic不會馬上變?yōu)榱悖?。也就是說發(fā)射極接地型開關電路存在關斷時間，不能直接應用于中高頻開關。
1．2 實用的NPN型和PNP型開關原理圖1（添加加速電容）
解釋：當晶體管突然導通（IN信號突然發(fā)生跳變），C1瞬間短路，為三極管快速提供基極電流，這樣加速了晶體管的導通。當晶體管突然關斷（IN信號突然發(fā)生跳變），C1也瞬間導通，為卸放基極電荷提供一條低阻通道，這樣加速了晶體管的關斷。C通常取值幾十到幾百皮法。電路中R2是為了保證沒有IN輸入高電平時三極管保持關斷狀態(tài)；R4是為了保證沒有IN輸入低電平時三極管保持關斷狀態(tài)。R1和R3是基極電流限流用。
1．3 實用的NPN型開關原理圖2（消特基二極管鉗位）
解釋：由于消特基二極管Vf為0．2至0．4V比Vbe小，所以當晶體管導通后大部分的基極電流是從二極管然后通過三極管到地的，這樣流到三極管基極的電流就很小，積累起來的電荷也少，當晶體管關斷（IN信號突然發(fā)生跳變）時需要卸放的電荷少，關斷自然就快。
1．4 實際電路設計
在實際電路設計中需要考慮三極管Vceo，Vcbo等滿足耐壓，三極管滿足集電極功耗；通過負載電流和hfe（取三極管最小hfe來計算）計算基極電阻（要為基極電流留0．5至1倍的余量）。注意消特基二極管反向耐壓。
三極管開關電路設計
三極管除了可以當做交流信號放大器之外，也可以做為開關之用。嚴格說起來，三極管與一般的機械接點式開關在動作上并不完全相同，但是它卻具有一些機械式開關所沒有的特點。圖1所示，即為三極管電子開關的基本電路圖。
由下圖可知，負載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上，
基本的三極管開關
輸入電壓Vin則控制三極管開關的開啟（open）與閉合（closed）動作，當三極管呈開啟狀態(tài)時，負載電流便被阻斷，反之，當三極管呈閉合狀態(tài)時，電流便可以流通。詳細的說，當Vin為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負載亦沒有電流，而相當于開關的開啟，此時三極管乃勝作于截止（cutoff）區(qū)。
同理，當Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負載回路便被導通，而相當于開關的閉合，此時三極管乃勝作于飽和區(qū)（saturation）。838電子
1、三極管開關電路的分析設計
由于對硅三極管而言，其基射極接面之正向偏壓值約為0．6伏特，因此欲使三極管截止，Vin必須低于0．6伏特，以使三極管的基極電流為零。通常在設計時，為了可以更確定三極管必處于截止狀態(tài)起見，往往使Vin值低于0．3伏特。（838電子資源）當然輸入電壓愈接近零伏特便愈能保證三極管開關必處于截止狀態(tài)。欲將電流傳送到負載上，則三極管的集電極與射極必須短路，就像機械開關的閉合動作一樣。欲如此就必須使Vin達到夠高的準位，以驅動三極管使其進入飽和工作區(qū)工作，三極管呈飽和狀態(tài)時，集電極電流相當大，幾乎使得整個電源電壓Vcc均跨在負載電阻上，如此則VcE便接近于0，而使三極管的集電極和射極幾乎呈短路。在理想狀況下，根據(jù)奧姆定律三極管呈飽和時，其集電極電流應該為﹕
因此，基極電流最少應為：
上式表出了IC和IB之間的基本關系，式中的β值代表三極管的直流電流增益，對某些三極管而言，其交流β值和直流β值之間，有著甚大的差異。欲使開關閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過或等于（式1）式所要求的最低基極電流值。由于基極回路只是一個電阻和基射極接面的串聯(lián)電路，故Vin可由下式來求解﹕
旦基極電壓超過或等于（式2）式所求得的數(shù)值，三極管便導通，使全部的供應電壓均跨在負載電阻上，而完成了開關的閉合動作。
總而言之，三極管接成圖1的電路之后，它的作用就和一只與負載相串聯(lián)的機械式開關一樣，而其啟閉開關的方式，則可以直接利用輸入電壓方便的控制，而不須采用機械式開關所常用的機械引動（mechanicalactuator）﹑螺管柱塞（solenoidplunger）或電驛電樞（relayarmature）等控制方式。
為了避免混淆起見，本文所介紹的三極管開關均采用NPN三極管，當然NPN三極管亦可以被當作開關來使用，只是比較不常見罷了。
三極管開關電路的使用誤區(qū)
如圖（a）所示，用NPN三極管，蜂鳴器連接到三極管的集電極，驅動信號是常見的3.3V或者5V ? TTL電平，高電平導通，電阻按照經(jīng)驗值取4.7KΩ，三極管導通時假設高電平為5v,基極電流為：
Ib=（5-0.7）V ÷4.7KΩ = 0.9mA
它可以使 三極管完全飽和。
如圖（b）所示，用NPN三極管，同樣把蜂鳴器連接到三極管集電極，不同的是 是還用的驅動信號是5V的TTL電平。
以上兩個電路都可以正常工作，只要PWM驅動信號工作在合適的頻率下，蜂鳴器（有源）就會發(fā)出最大的聲音。
圖2和圖1對比，最大的區(qū)別就是被驅動器件連接到了三極管的發(fā)射機。
如圖（c）所示，三極管導通時假設高電平是5V，基極電流為
Ib=（5-0.7-UL）V ÷4.7KΩ?
其中，UL為被驅動器件上的壓降?？梢钥闯?，同樣取積極電阻為4.7KΩ ，流過基極的電流會比圖1中的（a）電路電流要小，小多少需要看UL為多少：如果UL較大，那么相應的Ib也就會很小，很有可能導致三極管無法工作在飽和狀態(tài)，使得驅動器件無法動作 。有人認為把基極電阻調小就好了，可是被驅動器件的壓降是很難獲知的，有些被驅動器件的壓降是變動的，這樣一來 ，基極電阻就很難選擇合適：阻值選的太大，會導致驅動失敗 ； 阻值選擇太小，損耗又變大。所以，不在萬不得已的情況下，不建議用圖2的兩種電路。
如圖3，驅動信號為3.3V電平，而被驅動器件導通電壓需要5V。在3.3V單片機電路中，若不小心，就容易設計出這兩種電路。
如圖（e）所示，這是典型的“發(fā)射極正偏，集電極反偏”的放大電路，或者叫做射極輸出器。當PWM信號為3.3V時，三極管發(fā)射極電壓為3.3V-0.7V=2.6V，無法達到期望的5V。
如圖（f）所示，這是一個失敗的電路。首先，這個電路無法斷開，當驅動信號PWM為3.3V高電平是，Ube=5V-3.3V = 1.7V 仍然可以使三極管導通，于是電路無法斷開。在這里，有人會說用過這個電路，他沒有問題，而且單片機的電壓也是3.3V。筆者個人認為這個人用的是OD（開漏）驅動方式，而且是真正的ＯＤ或者是５Ｖ可以容忍的ＯＤ，比如ＳＴＭ３２的很多IO都可以設置為OD門驅動方式，輸出高電平，信號就變成了高阻態(tài)，流過基極電流為0，三極管可以有效截止，這時候圖（f）依然有效。
綜上幾種電路，得到上圖兩種最優(yōu)電路。與圖（1）不同，圖（4）在基極和發(fā)射機之間增加了一個100KΩ的電阻，這個電阻有一定的作用，可以讓三極管有一個已知的默認狀態(tài)。當輸入信號被除去的時候，三極管還處于截止狀態(tài)。從安全性方面考慮，多加這個電阻還是很有必要的，或者說可以讓三極管工作在更好的開關狀態(tài)。
結語
關于三極管開關電路的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。