基础电路学习（6）-- 从深度饱和谈三极管的开关响应

本来前几天就准备写一篇关于三极管开关电路的文章了，自己也认为比较简单，不是什么大问题。开关电路大家肯定经常用到，无非是像下图这样。

但是写的时候，截止状态倒是很好判断，饱和状态却不是直接能看出来的，所以就拖到了今天。关于三极管开关电路有以下几个问题：

1.三极管饱和与截止判断条件是什么？

2.什么是发射结、集电结的正偏与反偏？

3.什么是临界饱和与深度饱和？

4. 进入临界饱和与深度饱和的条件？

5.三极管开关电路基极、集电极电阻的选取？

6.三极管的开关速度受什么影响？

7.三极管会受温度影响吗？

8. 有哪些常用的三极管？

1. 三极管饱和与截止判断条件是什么？

饱和--发射结正偏，集电结正偏；

截止--发射结反偏，集电结反偏；

2. 什么是发射结、集电结的正偏与反偏？

如上图所示，NPN三极管内部有2个PN结，分别为发射结和集电结。

• 集电结正偏：集电极电压低于基极时，集电极与基极PN结正向，Uce<Ube;

• 集电结反偏：集电极电压高于基极时，集电极与基极PN结反向，Uce>Ube;

• 发射结正偏：发射极电压低于基极时，集电极与基极PN结正向，Ube=0.7V;

• 发射结反偏：发射极电压高于基极时，集电极与基极PN结反向，Ube<0.7V;

3. 什么是临界饱和与深度饱和？

• 临界饱和是三极管从放大状态过渡到饱和状态的临界点；

• 深度饱和没有具体的定义，基极电流要足够大，网上看到大于2倍临界饱和Ib。

4. 进入临界饱和与深度饱和的条件？

从上图可知，Uce=VCC-Ic*Rc；

当Uce=0时，Icmax=VCC/Rc，此时临界基极电流Ib=Ic/β=VCC/βRc。

饱和状态需通过Ib来判断：

• 当Ib=VCC/βRc时，三极管基本处于临界饱和状态。

• 当Ib>2VCC/βRc时，三极管基本进入深度饱和状态。

5.三极管开关电路基极、集电极电阻的选取？

以LMBT3904LT1G为例，首先确定R6，根据后级所需最小电流确定R6最大值，然后根据Ic承受最大集电极电流确定R6最小值。正常情况下，R6的选值范围一般在1K~10K左右，对应的驱动电流范围为3.3mA~330uA，本文选R6=10kΩ。

临界饱和时，VCC=3.3V，Ic=0.33mA，如上图所示，假设β=70，Ib=VCC/βRc=Ic/β=0.33/70=4.7uA，因此只要Ib大于4.7uA即可。Rb<(3.3-0.7V)/4.7uA=553kΩ，本例中Rb=R3 = 10K，Ib = (3.3-0.7)/10K = 0.26mA>4.7uA.

6.三极管的开关速度受什么影响？

以LMBT3904LT1G为例，下图为开关测试电路。

从下图的测试曲线可以看出：

• 当Ic/Ib=10时，Ic从1mA增加100mA时，上升和下降时间都在减小，因此上拉电阻Rc减小，开关的上升/下降时间也随之较小。

• 当Ic不变的时候，Ic/Ib=10比Ic/Ib=20的下降时间小，因此串联电阻Rb减小，开关的下降时间较小。

7. 三极管会受温度影响吗？

对于温度参数，比较典型的就是三极管的导通电压Ube，Ube会随着环境温度的升高而降低，硅三极管的Ube室温下约为0.7V。资料显示，硅三极管发射结正向压降的变化量是每增加1℃，Ube就降低2.5mV。我经常看到下面这个电路，并联一个二极管来降低三极管的受温度的影响，当Vbe下降或上升时，二极管VD1会有同样的温度特性，这样基级偏置电流Ib变化就很小了。

8. 有哪些常用的三极管?

LMBT3904LT1G/LMBT3906LT1G,L9012PLT1G/L9013QLT1G,PMBT3906,215/PMBT3904,215,MMBT3904/MMBT3906,BC817-40,215/BC807-40,215,S8050/S8550、MMBT4401LT1G/MMBT4403LT1G、BC846/BC856、MUN2213T1G、MMBT5551LT1G.