三极管的基本原理 三极管如何实现电子开关功能
三极管是最基本的电子元器件之一，其用途广泛。想要知道三极管是怎么实现电子开关的功能，首先要了解三极管的基本原理。
三极管的基本原理
三极管和mos管都可以作为电子开关使用，三极管属于电流控制元器件，跟mos管不同，mos管属于电压控制元器件。 三极管有两种类型，npn型和pnp型，其结构示意图如下图所示。可以看出，三极管是由两个pn结经过特殊的工艺技术处理形成的。三极管有三个极：基极、集电极和发射极，基极用字母b表示，集电极用字母c表示，发射极用字母e表示。
▲三极管的结构图
三极管正常工作时有三个区间：截止区、放大区和饱和区。 截止区：ube＜死区电压，死区电压一般为。0.3v~0.6v左右，具体跟三极管的特性有关，每个三极管型号都会有自己的死区电压，具体可查三极管型号的datasheet，会有相应的说明。此区间基极电流ib=0。 放大区：放大区的主要特点是发射结正偏，集电结反偏，ic=βib,β为三极管的放大倍数。 饱和区：此区间发射结正偏，集电结正偏，注意：和放大区有所不同。uce＜ube,βib＞ic，uce≈0.3v。
▲三极管曲线图
三极管如何实现电子开关功能
了解了三极管的基本原理之后，那么，三极管是怎么实现电子开关功能的呢？ 电子开关主要控制三极管处于两个工作区间：饱和区和截止区， 三极管饱和-----实现电子开关的“开”功能 三极管截止-----实现电子开关的“关”功能 当然，三极管处于非饱和区间的放大区，三极管也处于导通状态，也可以实现三极管的开状态，只是此时的电流并未达到三极管的最大电流，内阻比较大，对于负载电流较小时，也可以在此区间实现电子开关的“开”功能。一般我们使用三极管当电子开关时，为了能够使三极管达到最大输出电流，一般都会设计将三极管处于饱和区间。 举例说明 下面三极管控制灯泡为例，通过处理器（比如单片机、dsp、arm、fpga等）的i/o口控制小灯泡，npn和pnp三极管的接法有些不同，npn型三极管当下管使用，控制灯泡的负极；pnp型三极管当上管使用，控制灯泡的正极。 具体原理如下图所示。
▲三极管控制灯泡原理
npn型三极管原理实现过程：当i/o口输入低电平时，由于ube＜死区电压，ib=0，三极管处于截止状态，所以灯泡不亮；当i/o口输入高电平（3.3v或5v等）时，三极管导通，灯泡燃亮。根据i/o口的高电平状态，选择合适的基极电阻r1，使三极管处于饱和状态，计算方法为：r1≈(u-ube)*β/ic，其中u为i/o口输入电压，β为三极管放大倍数，ic为三极管最大集电极电流，ube为基极与发射极之间的压差，一般为0.4v~0.6v左右。 r2为下拉电阻，阻值选择大一些，至少应比r1大一个数量级，这样在计算r1阻值时，可以忽略r2的存在，若r1与r2电阻大小相当时，需要考虑分流情况。此时，r1的电流ir1=ib+ube/r2，所以r1=(u-ube)/ir1=(u-ube)/(ib+ube/r2)。计算较复杂。 pnp型三极管原理实现过程与npn型三极管类似，pnp型三极管控制灯泡的正极，具体过程：当i/o口输入高电平（vcc）时，ube无压差，ib=0，三极管处于截止状态，所以灯泡不亮；当i/o口输入低电平时，三极管处于导通状态，灯泡燃亮。
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▲三极管控制灯泡原理
npn型三极管原理实现过程：当i/o口输入低电平时，由于ube＜死区电压，ib=0，三极管处于截止状态，所以灯泡不亮；当i/o口输入高电平（3.3v或5v等）时，三极管导通，灯泡燃亮。根据i/o口的高电平状态，选择合适的基极电阻r1，使三极管处于饱和状态，计算方法为：r1≈(u-ube)*β/ic，其中u为i/o口输入电压，β为三极管放大倍数，ic为三极管最大集电极电流，ube为基极与发射极之间的压差，一般为0.4v~0.6v左右。 r2为下拉电阻，阻值选择大一些，至少应比r1大一个数量级，这样在计算r1阻值时，可以忽略r2的存在，若r1与r2电阻大小相当时，需要考虑分流情况。此时，r1的电流ir1=ib+ube/r2，所以r1=(u-ube)/ir1=(u-ube)/(ib+ube/r2)。计算较复杂。 pnp型三极管原理实现过程与npn型三极管类似，pnp型三极管控制灯泡的正极，具体过程：当i/o口输入高电平（vcc）时，ube无压差，ib=0，三极管处于截止状态，所以灯泡不亮；当i/o口输入低电平时，三极管处于导通状态，灯泡燃亮。
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