硬件电路设计之“三极管开关电路”

本文主要介绍三极管开关电路，重点分析其中三个电阻的作用。

• 基极串联电阻；

• 基极发射极电阻；
  

• 集电极电阻。
  

基极串联电阻的作用如下：

• 基极必须串接电阻，保护基极，保护CPU的IO口。

• 如果是高速开关信号，尽量在基极串联电阻上并连一个加速电容以提高高速性能（后续会详细分析该电路）。

• 下拉电阻阻值不能太大，不然会导致流入基极的电流太小。

• 如果三极管基极不接下拉电阻（或上拉电阻），就不能设定偏置电压，这样会产生输入信号的交越失真，并且输入电流过大的时候会导致大电流直接流入三极管而导致损坏。而MOS管同样需要一个偏置电压，而下拉电阻可以起到这样的作用，称之为GATE偏置。由于MOS管内部的三个级是彼此绝缘的，所以自然会有电容效应在，当输入信号消失的时候内部的等效电容可以通过下拉电阻进行放电。而且也是必须的，否则会逻辑出错。

• 基极加电阻同时为了防止输入电流过大，加个电阻可以分一部分电流，这样就不会让大电流直接流入三极管而损坏。

• 防止三极管受噪声信号的影响而产生误动作，使晶体管截止更可靠！

• 三极管的基极不能出现悬空，当输入信号不确定时（如输入信号为高阻态时），加下拉电阻，就能使有效接地。

• 特别是GPIO连接基极的时候，一般IC的GPIO在刚刚上电初始化的时候，GPIO的内部也处于一种上电状态，很不稳定，容易产生噪声，引起误动作！加此电阻，可消除此影响(如果出现一尖脉冲电平，由于时间比较短，所以这个电压很容易被电阻拉低；如果高电平的时间比较长，那就不能拉低了，也就是正常高电平时没有影响)！但是电阻不能过小，影响泄漏电流！（过小则会有较大的电流由电阻流入地）

• 当三极管开关作用时，ON和OFF时间越短越好，为了防止在OFF时，因晶体管中的残留电荷引起的时间滞后，在B、E之间加一个R起到放电作用。

• 三极管基级加电阻主要是为了设置一个偏置电压，这样就不会出现信号的失真(这在输入信号有交流时极其重要：如当温度上升时，Ic将增大，导致Ie也会增大，那么在Re上的压降也增大，而Vbe=Vb-IeRe，而Vb此时基本上被下拉电阻保持住，所以使Vbe减小。当然这个减小对0.7V来说是很小的，是从微观上去分析的。Vbe的减小，使Ib减小，结果牵制了Ic的增加，从而使Ic基本恒定。这也是反馈控制的原理)。