晶体管开关电路计算实例(一)

晶体管开关电路计算实例

引言：三极管是电流型元件，利用偏置电阻产生大于0.7V的Vbe电压，然后通过控制电流大小，使晶体管工作在不同的区。 因此关于晶体管电路的设计相关计算，基本用电流起手，而不是用电压，这一点要与MOS的计算相区别开来。

图2-1：三极管导通时电流流向

1.发射极接地型开关

发射极接地型开关即发射极直连GND，输出out连接集电极。

图2-2：NPN接地型开关

如图2-2所示是NPN发射极接地型开关，当in为高电平时，Q1导通，out端被R3下拉至GND为低电平; 当in为低电平时，Q1截止，out端通过限流电阻R3连接VDD输出高电平，所以射极跟随器型开关是一个反相开关。 当输入信号电平在0.6V以下时，晶体管处于截止状态，输出电平是VDD，当输入信号电平在0.6V以上时，晶体管处于导通状态，输出基本上是GND。

为了确保没有输入时晶体管处于截止状态，需要加上使基极处于GND电位的偏置电阻R2，当输入信号超过0.6V时，晶体管的基极-发射极间的二极管(BJT-1：三极管的三区含义)将处于导通状态，开始有基极电流流过，但这样的状态不能限制电流，基极电流会比较大，所以串入基极限流电阻R1。 (限流电阻R1的值需要根据实际使用来计算得出)

图2-3：PNP接地型开关

如图2-3所示是PNP发射极接地型开关，当in为高电平时，Q1截止，out端被R3下拉至GND为低电平; 当in为低电平时，Q1导通，out端连接VDD输出高电平。

为了确保没有输入时晶体管处于截止状态，需要加上使基极处于高电位的偏置电阻R2，当输入信号超过0.6V时，晶体管的基极-发射极间的二极管(BJT-1：三极管的三区含义)将处于导通状态，开始有基极电流流过，但这样的状态不能限制电流，基极电流会比较大，所以串入基极限流电阻R1。

2.设计示例

前提条件：负载电流=5mA(由out端连接的负载所需的电流大小决定)，in端高电平为1.8V，低电平为0V，VDD=3.3V。

设计分析：由于Q1不导通时，VDD--->OUT路径电流为5mA，所以在Q1导通时，Q1的Ic耐受电流最大额定值需要Ic>5mA(因为不导通时R3已经限定了流过Q1的电流为5mA)。VDD=3.3V加在集电极-发射极之和集电极-基极之间，in=1.8V加在基极-发射极之间。所以应选择集电极-发射极间和集电极-基极间电压最大额定值Vceo，Vcbo大于VDD，Vbeo大于Vin的晶体管。即条件汇总为：

Vceo>3.3V，Vcbo>3.3V，Vbe>1.8V，Ic>5mA。

依此可以选择通用的小信号晶体管，此处以LRC的型号L2SC4083NWT1G为例：

图2-4：L2SC4083NWT1G最大额定参数

如果能使基极电流达到集电极电流的1/hFE，晶体管将处于导通状态，考虑到温度特性，应该使基极电流稍大，称为过驱动，通常设定为按使用晶体管hFE的最低值计算得到的基极电流的1.5-2倍以上。