晶体管的开关作用

　　晶体三极管除了可作为放大器件应用于各种模拟电路中外，还可以作为开关器件应用在数字电路中。
以双极型晶体三极管为例，由于静态工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。
　　1．放大状态
　　如图1所示，当晶体管静态工作点处于输出特性曲线的平坦部分即放大区时，晶体管工作在放大状态，此时的特征为：
　　(1) 发射结处于正向偏置（VBE＞0），集电结处于反向偏置（VBC＜0），如图2(a)所示。

图1 双极型三极管的三种工作区

　　　　　　　　　　
　　(2) 集电极电流是基极电流的β倍，即IC＝βIB
　　2．饱和状态
　　如果调小基极偏置电阻RB，使基极电流IB增加，则工作点Q将向上移动。当工作点移到Q1位置时则已到达特性曲线的弯曲部分，如图1所示。如果再继续增加IB，则集电极电流IC已增加得很少，两者在大小关系上不再满足IC＝βIB，而是IC＜βIB，这时，晶体管就失去电流放大作用，进入饱和区。
　　当晶体管工作在饱和状态时，其输出电压VCE已减到很小，对NPN型硅管而言，VCE＝VCE(sat)≈0.3V，比VBE(sat)(约为0.7V)还要小。即集电极电位比基极电位低，集电结已转为正向偏置，如图2(b)所示。所以射结集结均正偏是判断三极管饱和的重要特征。
饱和时的集电极电流IC(sat)可由下式估算：　　

图2 双极型晶体管的三种工作状态 (a)放大；(b)饱和；(c)截止

　　综上所述，晶体管工作于饱和状态时：
　　，这是饱和的条件；发射结和集电结都处于正向偏置； 、　

　3．截止状态
　　如果减小IB，则工作点向下移动。当IB＝0时，工作点移至Q2，如图1所示。这时IC＝ICEO≈0， VCE≈VCC，晶体管处于截止状态。IB＝0的曲线以下的区域是晶体管的 截止工作区。
　　实际上，考虑到晶体三极管发射结的结电压，对硅管而言，VBE＜0.5V时已开始截止。为了保证可靠截止，常使VBE＝0或加反向偏置。因此，射结集结均反偏是晶体管截止时的基本特征，如图2(c)所示。
　　双极型晶体管结电压的典型数据列于表1中。
　　　　　　　　　　　　　　表1 双极型晶体管结电压的典型数据　　　　　　　 　　　　　　　　　
　　由以上的分析可知，如果我们把晶体管的集电极、发射极之间等效成一个电子开关，当晶体管饱和时，VCE(sat) ≈0，如同电子开关被接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC≈0，如同电子开关被断开，其间电阻很大。这就是晶体管的开关作用。数字电路就是利用晶体管的开关作用进行工作的。