晶體管開關：PNP，達靈頓，邏輯和應用
2025-05-09 14289

晶體管可以用作開關或放大器。當用作開關時，它們會控制電力流還是在電路中。從小型設備到大型機器，這種切換動作都用於許多設備上。在本文中，我們將解釋諸如PNP類型，Darlington Pairs和數字邏輯晶體管等晶體管如何充當Interuphers。它們打開和關閉，其工作狀態以及使用它們的位置。

目錄

圖1。晶體管作為開關

使用晶體管作為開關

晶體管是具有三個端子的半導體裝置：基座，收集器和發射極。它可以充當放大器或電子開關。用作開關，控制電流是否流過電路，激活或有效地禁用電路。控制較大的輸出的輸出較小，稱為“電流增益”。

在數字電子中，晶體管允許電路代表二進制狀態 - 在1個中，例如兩種常見類型的雙極連接晶體管（BJT）用於切換應用：

圖2。晶體管的類型

•NPN晶體管：標記為基礎（b），收集器（C）和發射極（E）的端子。

•PNP晶體管：基礎（B），收集器（C）和發射極（E）。

它們之間的主要區別是朝著電流流的方向和基本端子處的必要電壓激活開關。

晶體管操作區域

圖3。晶體管操作區域

在圖中，底部的紅色襯里區域標記了晶體管切割區域。左側的黑色區域標記飽和區域。

圖4。切割操作區域

切割區域

在切割區域，晶體管充當開關。當輸入電壓（VIN）為0V時，會發生這種情況，將底座和基本發射器電壓（VBE）降落到0.7V以下，基本反向極點以及基本連接器和基礎收集器。它是前進的，沒有基礎流，晶體管仍然存在。

結果，收集器（IC）的電流為零，發件人沒有收集器流。這將保持VCC中的輸出電壓（VIT），因為負載電阻（RL）中沒有電壓下降。負載與地面斷開。

對於PNP晶體管，發件人必須具有負面的潛力，才能使基數保持偏置逆轉。

簡而言之，晶體管會阻止電流，將輸出保持在電壓電壓中，就像開關一樣。

飽和區域

在飽和區域，晶體管有偏置以允許最大電流流動。在這裡，基本項目和基本收集器的連接處都有偏見。這會導致大型收集器電流，從而將VCE收集器的電壓降低到其最低值。

在這一點上，耗竭層減小，晶體管的表現為封閉開關。晶體管被視為完全連接，提供了從收集器到發件人的低電阻路徑，並允許最大電流通過。

圖5。飽和區域

在上面的電路中 NPN晶體管作為開關操作。 0.7V，晶體管旋轉 在。

IC收集器的大電流流過RL，拉出出口電壓 接近0V發生這種情況是因為晶體管提供了 向地面的導電路徑，減少收藏家的張力。

在這種狀態下，晶體管允許電流從收集器自由流到發件人。對於PNP晶體管，發件人應該比駕駛基礎更正面。此模式可用於觸發地面載荷，在外部控制連接。

圖6。 NPN晶體管電路用作開關

在上面的電路中，NPN晶體管會交替使用負載（例如LED）。在這裡，VCC = +5V和VIN在 +5V和0v.rb之間的替代限制了基本電流，＆RC將電流控制為負載。

當VIN =+5V時，基本發射器連接為vbe，正向偏置> 0.7V，連接晶體管。RC和晶體管的當前晶體管和當前流到地面，照亮了LED。

當VIN = 0V時，晶體管關閉，中斷電流流並關閉LED。

使用晶體管將其放入 數字模式- （飽和）或關閉（切割）的e。晶體管不會放大VIN，只是充當開關。當達到飽和度時，基本電流的增加不會增加IC。晶體管充當 SPST閉合機械開關。

計算飽和的基礎電阻

確保晶體管完全轉動 在 （飽和模式），我們需要提供足夠的基本電流。如果基本電流太小，則晶體管可能不會飽和，從而導致不完整的切換。為了獲得正確的基本電流，我們計算基礎電阻器（RB）。

讓我們介紹一個例子。

我們有一個NPN晶體管交替的負載。電路詳細信息是：

•電源電壓（VCC）= 12V

•負載電阻（RL）=100Ω

•晶體管的當前增益（HFE）= 100

•基本發射極電壓下降（VBE）= 0.7V

•我們希望晶體管飽和

我們需要找到RB。

步驟1：找到收集器電流（CI）

首先，計算流過負載的收集器電流（IC）：

因此，IC = 120mA

步驟2：找到必要的基本電流（IB）

在飽和時，我們使IB略大於最小基礎電流（以確保飽和）。最小基準電流：

為了確保飽和，我們將基本電流加倍：

步驟3：計算基本電阻（RB）

現在，使用歐姆定律計算RB：

RB中的電壓為：

假設 VIN = 5V：

然後：

我們選擇了一個接近此的標準電阻值，例如1.8kΩ。

最終答案：使用 RB =1.8kΩ 確保晶體管飽和。

此示例顯示瞭如何計算基本電阻以確保完整的晶體管切換。稍微大小尺寸，以確保晶體管進入飽和並充當封閉開關。然後，我們將探討使用PNP晶體管作為開關時該計算的不同。

PNP晶體管作為開關

微控制器和邏輯電路只能直接觸發小負載。但是，當負載需要的電流比這些電路所能提供的更多時，晶體管將用於交替或放大電流。在這些情況下，PNP晶體管很有用，尤其是當微控制器只能“下沉”基本電流時。

在這種配置中，PNP晶體管通過激活發射路徑和高阻抗收集器（停用）或導體（ON）來控制電流。PNP晶體管是通過在N型材料周圍放置兩種P型材料來製作的。

圖7。 PNP晶體管交替

該電路顯示一個PNP晶體管交替交替：

•發射極（E）連接到 +12V。

•基座（b）通過電阻R1和R2通過開關連接到地球。

•收集器（C）連接到接地的負載。

當開關關閉（短在地面上）時，一個小基礎鏈（IB）從發件人通過R2和R1流向地面。該基晶電流連接晶體管，從而使較大的電流花變得收集器，從而連接了負載。

當開關打開時，沒有基本電流流動，晶體管停留時，將電流切為負載。

這種配置導致晶體管充當單個小吃棒（SPST），由基部的底座控制。

為了使PNP晶體管點亮，發件人必須比基座更正。將低信號（接近零）應用於底座，可以使電流流向基礎發射極，從而觸發更大的收集器發行器電流。

開關動作類似於NPN晶體管，但具有反向電流的方向。PNP不是在基部（例如NPN）中獲取電流（例如NPN），而是將基數電流朝向地面。

基礎通常是 與發件人有關與發件人相比，晶體管與發件人相比，使底座有點負，通過收集器將電流連接並流到負載。

達靈頓par開關

如果單個晶體管不足以切換高電流負載，則使用一種稱為Darlington對的特殊配置。

達靈頓晶體管是通過連接兩個雙極連接晶體管（BJT）的方式而形成的，即第一晶體管放大的電流被第二個晶體管進一步放大。當單個晶體管的增益不足以交替提供必要的負載電壓或電流時，此佈置很有用。在這種配置中，第一個晶體管的小輸入信號可以通過第二晶體管控制更大的電流 - 切換需要更大增益的應用程序的理想。

當單個晶體管的CC增益太低以至於無法有效交替交替進行負載時，通常使用這種類型的晶體管開關。達靈頓的配置使用小型輸入BJT來控制較大的輸出BJT的開關，從而可以可靠的較高的電流負載切換。

這對達靈頓連接了兩個晶體管，以獲得更高的一般電流增益。在此配置中，兩個晶體管均為NPN或PNP類型。第一晶體管的當前增益乘以第二晶體管的當前增益，從而使該對充當具有更大增益的唯一晶體管。

圖8。達靈頓開關晶體管

電路圖顯示了使用兩個NPN（TR₁和TR₂）晶體管的達靈頓晶體管開關。第一個晶體管底座（TR₁）通過RB電阻連接到輸入電壓VIN。鍵用於控制輸入信號。當開關關閉時，一個小鏈條流到TR₁底座被TR₁放大並發送到底層，這進一步放大了電流以觸發連接到TR₂收集器的RL負載電阻。tr₂發射極連接到地面。

這種配置可確保即使在TR₁基座處的非常小的輸入電流也會導致大型收集器電流通過TR₂，從而使電路可以使用小的控制信號切換高鏈。

這 總電流增益（βTotal） 一對達靈頓是每個晶體管當前收益的產物：

這意味著達靈頓晶體管開關的增益明顯大於單個晶體管。

一個 NPN達靈頓開關晶體管 ，兩個晶體管的收集器終端都是直接連接的。第二晶體管（TR₂）的底部連接到第一晶體管（TR₁）的發射極。該連接允許通過TR₁放大的電流在TR₂的底部饋送，從而允許附加放大。

晶體管應用作為開關

晶體管被廣泛用作電子電路中的開關，從而可以在各種應用中受控的電流開關。

切換LED

晶體管可以打開或停用控制電流流量的LED。當將小鏈施加到基座上時，晶體管會導致，從而使電流通過LED，它的燈光，晶體管的電流堵塞了電流，LED將保持關閉。這允許自動或可編程的LED控件。

控制繼電器

晶體管可以控制繼電器激活或停用其線圈。較小的基礎電流使晶體管能夠為繼電器線圈供電，關閉其觸點並激活連接的高動力設備，例如電動機或警報。基於電流拆卸會禁用線圈，打開觸點並關閉設備。這種配置允許低功率電路控制更高的電源。

操作DC發動機

晶體管可以打開或停用CC發動機並控制其速度。基本電流應用程序正在打開發動機，從而允許電流流動。速度是控制連接並迅速禁用晶體管的，調整到達發動機的功率量。此方法用於機器人技術，自動化和發動機驅動程序。

光激活的開關

具有光依賴性電阻器（LDR）的配對晶體管可以自動根據Shine替換光。在明亮的光線下，LDR可將基本電壓保持低，從而使晶體管熄滅。在黑暗中，LDR會增加電阻，增加基本電壓並激活晶體管，當光澤增加時，它再次連接光。這對於外部和自動照明很有用。

溫度激活的開關

晶體管與熱敏電阻的結合可以根據溫度切換設備。在溫度升高的程度下，熱彈電阻下降，增加基本電壓並激活晶體管以激活風扇或警報。當溫度下降時，晶體管關閉，打斷設備。該系統用於控制和熱保護。

其他應用程序

晶體管還充當數字邏輯電路，電池管理系統，傳感器驅動警報和音頻沉默電路的開關，從而可以自動控制各種電子設備。

晶體管開關與機械開關

機械晶體管和開關控制電路，但起作用不同，在現代電子中起著不同的作用。

上訴	晶體管 更換	機械 更換
切換速度	非常快（微秒或納秒）	慢（毫秒或更多）
活動部件	沒有活動部件	有運動部件
穿	沒有機械磨損	易穿和撕裂
尺寸	非常小，緊湊	尺寸較大
控制方法	電子控制	手動或機械控制
運營的力量	需要低輸入電流	需要體力
噪音	無聲操作	可聽見的單擊聲音
開關頻率	高開關頻率	開關頻率低
一體化	可以集成到IC和PCB	需要外部安裝
可靠性	隨著時間的推移可靠性高	可靠性隨著使用而降低

結論

知道晶體管如何作為開關工作有助於我們創建更好的電子電路。如果簡單的晶體管，PNP類型或一對達靈頓，則每個人都可以以有用的方式控制電。我們可以使用它們來點亮並關閉燈光，控制發動機或餵食其他設備。