三极管是如何实现开关功能的？

三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以作为开关使用。当然了，三极管做开关时，与一般的机械开关在动作原理上不同，三极管做开关具有机械开关所没有的特点。

三极管开关电路在现在电子设计中非常常见，其主要原理是利用三极管工作在饱和状态和截止状态时三极管本身处于导通和断开状态。

三极管开关电路安驱动能力可分为小信号开关电路和功率开关电路；按照三极管的连接方式可分为发射极接地（NPN晶体管发射极接电源）和射极跟随开关电路。

一、发射极接地开关电路

下图分别画出了NPN和PNP型三极管基本开关原理图。该电路的工作原理很容易可以看出来，对于NPN型三极管来说，当IN为低电平时，三极管处于截止状态，OUT被拉至高电平，当IN为高电平时，三极管导通并处于饱和状态，OUT被拉到低电平。

这个电路存在一个缺陷：由于三极管基极电荷存储积累效应，导致三极管从导通到断开有一个过渡过程，即三极管不能够立即从导通状态进入断开状态，而是会有一个延迟时间。因此这种开关电路存在关断时间，不适合在工作于中高频开关状态。

二、实用的NPN型和PNP型三极管开关电路

下图是实用的NPN型和PNP型三极管开关电路，我们可以看出，这个电路实在基本开关电路基础上增加了一个电容，这个电容一般称为加速电容，具体原理是：当输入电流IN突然发生跳变（从零到导通），电容瞬间短路，这样电流就绕过电阻直接加到三极管的基极，这样就加快了三极管的导通时间，同样的，当输入电流突然没有（从有电流变为零），电容同样瞬间短路，为基极电荷的泄放提供一条低阻通道，这就加快了三极管的关断。

三、利用肖特基二极管的钳位功能实现的开关电路

见下图，三极管导通后大部分的基极电流从二极管通过三极管到地，这样流到三极管基极的电流就很小，累积电荷也就很少，因此三极管关断时需要泄放的电荷少了，关断时间就会很快。

四、三极管开关与机械开关的比较

（1）三极管开关没有机械触点，因此不必考虑触点的磨损，可以使用无限多次，一般的机械式开关，由于接点磨损，顶多只能使用数百万次左右，而且其接点易受污损而影响工作，因此无法在脏乱的环境下运作。（2）三极管开关的动作速度比机械开关的速度快，一般机械开关的导通和断开时间是以毫秒 (ms)来计算的，三极管开关则以微秒(μs)为单位。（3）三极管开关没有抖动现象。一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。

（4）利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，不致有火花产生。反之，当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载样 上的电流，因此电感之瞬间感应电压，将在接点上引起弧光，这种电弧非但会侵蚀接点的表面，亦可能造成干扰或危害。

朋友们好，我是电子及工控技术，我来回答这个问题。三极管可谓是我们人类的一个杰出的发明，它的出现促使我们进入了电子信息时代，没有三极管的出现，我们的电脑、手机、电视机可能还会停留在科幻当中，由此可见由三极管以及三极管衍生的各种晶体管比如晶闸管（可控硅）、电力晶体管IGBT、场效应管MOSFET等等，这些都促进了电子及工控领域的快速发展。三极管的“诞生”之初就显示出了它强大的生命力，那么它有何“能耐“去把控着各种电器的功能呢？今天我与朋友们分享一下三极管所具有的各种”绝技“。领略一下它的风采吧。

三极管的”绝技“之一

我们知道三极管在模拟电路、数字电路、以及芯片集成电路等都能遇见到它。三极管在这些电路中主要是运用了它不同的工作特性。三极管所具有这些不同的工作特性就是它的”绝技“，我们先说它的第一个”绝技“就是题目要问的”开关“功能特性，作为开关我们从小时候就见过，比如家里所用的开关，按下它灯亮，表明线路导通了形成回路了，再按一下灯灭，表明线路断了构成了断路，灯在”亮“和”灭“之间的转换，就是通过开关来实现的。那么三极管也有这个”绝技“，能控制电路的”通“与”断“，要使三极管”通“和”断“是需要条件的，我们家里的开关是通过用手去按压开关来实现的，而三极管的”通“和”断“就无法用手按压了，我们必须通过一定电压去控制三极管的基极才行，这就有必要说出三极管有三个工作阶段了，给三极管加上不同的电压他就会在不同的阶段工作。要想使三极管工作在”开“和”关“的状态，就必须使三极管工作在”饱和“工作阶段和”截止“工作阶段。那么怎样才能使三极管处在”饱和“工作阶段呢？其实方法很简单，那就是我们给三极管的基极加大电压，增大电流就可以了，也就是说只要三极管的基极电流足够大，三极管就可以进入”饱和“工作阶段了。这就好像我们拧水龙头一样，要想使水畅通无阻地流出来，我们只要把水龙头阀门拧到最大就可以了。一旦三极管的基极电压和电流加到一定程度后，三极管的集电极C和发射极E之间就像用导线连起来一样，这两个极之间的电压降很低，对硅型三极管来说Uce之间的电压只有0.3V，它的有效饱和等效电阻Rs只有50欧姆，这样它们之间就可以通过很大电流，一般是基极的几十倍甚至上百倍，这就相当于我们机械开关的接通状态了。

下面我们再谈谈三极管另一个”截止”工作状态，我们刚才讲过，要使三极管"闭合"就需要在它的基极加上足够高的电压和足够大的电流。于此相反，要想使三极管关断就是尽量减小三极管基极的电压和电流，最好减小到零。当基极电流足够小时，三极管集电C和发射极E之间几乎没有电流通过，就像关断了一样，这时候Uce之间的电压就等于电源电压了，即Uce=Vcc，它的等效电阻Rs可高达12000千欧姆。

通过我们的实际验证可以知道，三极管要想具有开关"技能"，就是在三极管的基极加足够大的电流，这样它就把“阀门”打开了，在三极管的基极加足够小的电流甚至不加电流，它就把“阀门”关断了，由此可以看出三极管在一定条件下可作为一个无触点的电子开关一样使用，在数字电路中我们常常使三极管处在“开“与”关“的状态。

三极管的”绝技“之二

刚才我们讲到了三极管有三个工作状态，前面已经讲了两个了，那么这个工作状态正好处于前面两个工作状态的中间，也就是说三极管要由“开”变为“关”或者由“关”变为“开”它们都必须要经过这个状态，三极管工作在这个状态的“绝技”是可以使输入的信号进行放大，在模拟放大电路中常常使用的就是这种状态。它对信号的放大就是在输入端基极给一个较小的模拟信号，就会在输出端得到一个幅值比较大的输出信号，比如下图是一个三极管的输出曲线示意图，只要在基极上给一个20微安到80微安的电流，那么在集电极的输出端就会有一个毫安级的电流与此对应。因此三极管的这个放大的“技能”是通过基极较小的电流去控制集电极较大电流的。所谓这个放大“技能”就是“以小控大”的作用。

三极管的”绝技“之三

三极管最后一个“绝技”就是可以用很多三极管组合构成一定功能的集成电路，三极管通过一定的工艺加工，把它们放在绝缘基板上形成具有特殊功能的电子电路，比如我们常用的集成运算放大电路、各种集成逻辑门电路以及具有各种信号处理功能的集成电路里都有数量众多的三极管在里面充当着放大，开关等作用。

由此可见，三极管不仅能实现开关功能而且在放大电路，集成电路都是不可或缺的一个重要有源器件。以上就是我对这个问题的解答，欢迎朋友们参与讨论，敬请关注电子及工控技术，感谢点赞。

三极管是最基本的电子元器件之一，其用途广泛。想要知道三极管是怎么实现电子开关的功能，首先要了解三极管的基本原理。

三极管的基本原理

三极管和MOS管都可以作为电子开关使用，三极管属于电流控制元器件，跟MOS管不同，MOS管属于电压控制元器件。

三极管有两种类型，NPN型和PNP型，其结构示意图如下图所示。可以看出，三极管是由两个PN结经过特殊的工艺技术处理形成的。三极管有三个极：基极、集电极和发射极，基极用字母b表示，集电极用字母c表示，发射极用字母e表示。

▲三极管的结构图

三极管正常工作时有三个区间：截止区、放大区和饱和区。

截止区：Ube＜死区电压，死区电压一般为。0.3V~0.6V左右，具体跟三极管的特性有关，每个三极管型号都会有自己的死区电压，具体可查三极管型号的datasheet，会有相应的说明。此区间基极电流Ib=0。

放大区：放大区的主要特点是发射结正偏，集电结反偏，Ic=βIb,β为三极管的放大倍数。

饱和区：此区间发射结正偏，集电结正偏，注意：和放大区有所不同。Uce＜Ube,βib＞ic，Uce≈0.3V。

▲三极管曲线图

三极管如何实现电子开关功能

了解了三极管的基本原理之后，那么，三极管是怎么实现电子开关功能的呢？

电子开关主要控制三极管处于两个工作区间：饱和区和截止区，

三极管饱和-----实现电子开关的“开”功能

三极管截止-----实现电子开关的“关”功能

当然，三极管处于非饱和区间的放大区，三极管也处于导通状态，也可以实现三极管的开状态，只是此时的电流并未达到三极管的最大电流，内阻比较大，对于负载电流较小时，也可以在此区间实现电子开关的“开”功能。一般我们使用三极管当电子开关时，为了能够使三极管达到最大输出电流，一般都会设计将三极管处于饱和区间。

举例说明

下面三极管控制灯泡为例，通过处理器（比如单片机、DSP、ARM、FPGA等）的I/O口控制小灯泡，NPN和PNP三极管的接法有些不同，NPN型三极管当下管使用，控制灯泡的负极；PNP型三极管当上管使用，控制灯泡的正极。（为什么NPN型三极管当下管使用，而PNP型三极管当上管使用？在本人另一回答当中有详细说明）

具体原理如下图所示。

▲三极管控制灯泡原理

NPN型三极管原理实现过程：当I/O口输入低电平时，由于Ube＜死区电压，Ib=0，三极管处于截止状态，所以灯泡不亮；当I/O口输入高电平（3.3V或5V等）时，三极管导通，灯泡燃亮。根据I/O口的高电平状态，选择合适的基极电阻R1，使三极管处于饱和状态，计算方法为：R1≈(U-Ube)*β/Ic，其中U为I/O口输入电压，β为三极管放大倍数，Ic为三极管最大集电极电流，Ube为基极与发射极之间的压差，一般为0.4V~0.6V左右。

R2为下拉电阻，阻值选择大一些，至少应比R1大一个数量级，这样在计算R1阻值时，可以忽略R2的存在，若R1与R2电阻大小相当时，需要考虑分流情况。此时，R1的电流IR1=Ib+Ube/R2，所以R1=(U-Ube)/IR1=(U-Ube)/(Ib+Ube/R2)。计算较复杂。

PNP型三极管原理实现过程与NPN型三极管类似，PNP型三极管控制灯泡的正极，具体过程：当I/O口输入高电平（VCC）时，UBE无压差，Ib=0，三极管处于截止状态，所以灯泡不亮；当I/O口输入低电平时，三极管处于导通状态，灯泡燃亮。

以上是本人的观点，希望本人的回答能够帮助提问者和头条的初学者们，大家可以举一反三，思考一下，使用N沟道和P沟道MOS管怎么实现电子开关的功能。若有不明白的地方可以评论区下方留言，记得点赞哦，谢谢支持！

三极管作为电子开关使用时工作于开关状态，此时只要控制三极管的基极电流，即可使三极管导通或截止，从而控制负载的通断。下面我们以两个简单的开关电路为例，来介绍一下三极管是如何作为电子开关使用的。


▲ NPN型三极管构成的电子开关。

上图是采用NPN型三极管构成的电子开关，LED是三极管的集电极负载（这里未画出LED的限流电阻），三极管在这里作为电子开关使用，控制着LED的亮与灭。三极管的基极为控制端，R为基极限流电阻。想通过三极管控制LED的亮与灭，只要在Vin端接入合适的控制信号即可。

假设想让LED点亮，我们只要将Vin端与＋5V电源连接即可，此时三极管的基极获得足够大的基极电流而导通，导通后三极管的发射极和集电极之间的等效电阻很小（数Ω以下），如同一个闭合的开关，故此时LED可以点亮。若将电路的Vin端接GND，三极管因无基极电流而截止，三极管截止后，其发射极与集电极之间等效电阻极大（在数十MΩ以上），如同一个断开的开关，此时LED将无法点亮。


▲ PNP型三极管构成的电子开关。

PNP型三极管作为电子开关使用时，工作原理与上述的NPN型三极管构成的电子开关一样，所不同的是，Vin端接GND时，管子导通，Vin端接＋5V电源时，管子截止。

从上面电路可以看出，三极管作为电子开关时，只要在管子的基极接一个阻值合适的限流电阻，通过控制基极电流即可控制其集电极负载的通断。

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通过控制三极管工作在饱和导通区和截止区就可以实现开关功能的

所谓的三极管开关功能是电子式的开关，与机械开关有一定差异的。比如用三极管控制小灯炮的点亮和熄灭，虽然没有物理性的开关切断，但我们也可以认为灯炮有开和关的过程。

三极管开关功能实现方法

当三极管基极（b）电流达到一定大小，三极管的B-E极为正偏（Vb>Ve）;B-C极也为正偏（Vb>=Vc），三极管将会工作在饱和区，此时三极管的集电极（C）电流Ic将不受基极（b）电流控制，可以以较大的电流工作。

三极管驱动小灯炮电路分析

• 三极管的基极(B)为低电平时，三极管处于截止区，小灯泡熄灭

• 三极管的基极(B)为高电平，并Ib达到一定大小时，三极管就会饱和导通，小灯炮点亮

• 小灯炮的点亮和熄灭过程我们就可以认为是小灯炮的开和关了。
  

三极管输出高电平信号分析

• 当三极管截止时，Out输出的是高电平
• 当三极管饱和导通时，三极管的Vce<0.7V，所以可以认为Out为低电平
• 高、低电平的变化，我们就可以认为是“开关的闭合和断开”了
  

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三极管是可以当作电子开关来使用。三极管具有三个工作状态：1)截止区；2)放大区；3)饱和区。三极管用作电子开关时，工作在截止区和饱和区。下面分别介绍NPN三极管和PNP三极管如何用作电子开关。

1. NPN三极管当作开关使用

NPN三极管当作电子开关的典型电路图如下图所示，电阻R218是基极限流电阻，R219是下拉电阻，负载接在集电极上。

当输入端GPIO出现高电平时，基极会有偏置电流流过，从而导致三极管的CE极导通，使负载处于导通回路中。

当输入端GPIO出现低电平时，基极不会出现偏置电流，三极管CE极之间不导通，从而使负载从回路中断开。

2. PNP三极管当作开关使用

PNP三极管用作电子开关的典型电路图如下图所示，R220是基极电阻，R221是上拉电阻，负载接在集电极上。

当输入端GPIO为低电平时，基极获得偏置电流，三极管EC极导通，负载处于导通回路中；

当输入端GPIO为高电平时，基极无偏置电流流过，三极管的EC极不导通，从而使负载从回路中断开。

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三极管是一种控制电流的半导体器件。

三极管是半导体基本元器件之一，基本结构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。

三极管作为电子开关使用时，只要选取阻值合适的基极限流电阻，使管子工作于截止区和饱和区，即可实现开关功能。下面以一个简单的三极管开关电路为例，

图中的三极管VT工作于开关状态，电阻R47为VT基极的限流电阻，R48为VT的集电极负载。

当Vin为高电平（这里假定高电平为6V，实际这个电路中高电平只要≥0.8V即可）时，VT的基极获得足够大的偏置电流而导通。此时VT的集电极-发射极之间的电阻变得很小，如同一个闭合的开关，故R48得电工作，若R48为一个指示灯，此时即可点亮。

当Vin为低电平（这里假定低电平为0V，实际只要低电平≤0.5V即可）时，VT的基极失去偏置电流而截止。此时VT集电极-发射极之间的电阻变得甚大，如同一个断开的开关，故此时R48失电停止工作，若R48为指示灯，此时将无法点亮。

三极管是一个非常神奇的东西，可以说没有三极管就不会有以电子产品为代表的现代化社会，不会有电脑、不会有手机、也不会移动支付等等。那会是一个怎样的世界，或许就像《雇佣人生》里演绎的一样，所有的东西都是靠人来运作。

三极管开关特性非常像继电器，它可以通过低压来控制高压电路，实现自动开关作用。当继电器电路导通之后继电器的线圈就会产生磁场，磁场会吸附衔铁从而让高压电路区域的触点相互接通，此时高压电路开始工作。当继电器电路断开之后继电器的线圈磁场就会消失，衔铁弹回之后高压电路区域的触点就会断开，高压电路也就断开不工作了。

三极管也是通过这种四两拨千斤的方法来实现开关的，三极管可以通过小的交流输入控制大的静态直流。三极管很像拥有两个闸门的大坝，正常情况下想要打开大的闸门很难，于是就先打开小的闸门，通过小闸门的涓流来冲击大闸门的开关，大闸门打开之后波涛汹涌的滚滚洪流就立马如脱缰野马开始流动。

如果不停地改变小闸门开启的大小，那么大闸门的流量也会随之按比例改变，于是完美控制的开关就完成了。三极管通常工作在以下四个状态下：

• 截止状态：在截止状态下，小闸门开启的不够以至于没有办法打开大的闸门。
• 饱和状态：在这个状态下，小闸门最大限度地被打开了，这时大闸门放出来的流量也达到了极限。
• 线性状态：在这个状态下，小闸门可以控制调节大闸门的状态。
• 击穿状态：大闸门被过高的水位击穿了，大闸门开始漏了，如果小闸门开启的话，大闸门就更加容易被击穿。

相较而言三极管不光有快速开关的作用，还可以精准控制电流，这是继电器没有办法比拟的，继电器从线圈导通产生磁场，再吸附衔铁会花费相当长的时间。既然有线圈和铁芯等结构，继电器就注定难以做到纳米级别。

三极管是由半导体制成

半导体是指在常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的一种材料，半导体会随着温度、电压、电流、光线强弱等等外界环境影响而导电性发生改变。于是只要对半导体投其所好就能对它进行控制。

每个半导体的三极管都拥有2个PN结，所以也叫做双极结晶体管，PN结有一个特点就是单向导电性，当PN结施加正向电压时有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，如果施加反向电压则会呈现高电阻，PN就会截止，这些都源于N区自由电子浓度大，而P区空穴较多。

三极管是一种电流控制元器件，基极通常是窄小的结构，通过载流子的扩散和复合实现基极电流对集电极电流的控制。

总结

半导体、三极管确实是非常伟大的发明，有很多人因此而获得了诺贝尔奖，比如约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿、威廉·肖克利等等，约翰·巴丁更是两次在同一领域获得两次诺贝尔物理学奖，一个是因为晶体管及其相关效应，另一个则是超导BCS理论。

过去谁曾想到如今方寸之间的芯片到现如今已经达到了百亿级别，工艺制程更是快接近极限纳米级别，而这些都跟半导体、三极管有关。

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三级管实现开关功能它需要达到它的导通与关断的条件，我们都知道三级管的三种工作状态:导通、放大、截止，如果要实现开关功能，就必需使三极管工作在导通与关断这两种状态，使三极管不能工作在放大状态，下面我们先来看下工作在这三种状态需要达到的条件:

• 导通状态:基级对发射级的偏置电压＞(0.3~0.6V)我们常说的死区电压，同时集电级＞基级电压
• 关断状态:基级对发射级的偏置电压＜(0.3~0.6V)，具体的数值我们要根据三级管的参数来定，一般硅管在0.6V左右，而锗管在0.3V左右
• 放大状态:基级对发射级的偏置电压＞(0.3~0.6V)，基级电压＜集电极电压

为了使三极管工作在合适的状态，我们就需要对三极管设置合适的偏置电压，针对偏置电压的设置，我们通常会在三极管周边加偏置电阻，通过改变偏置电阻的阻值使偏置电压达到我们所需要三极管所处状态的电压，

从而使三极管达到我们所需要的工作状态，三极管正常工作时我们还需要给三级管加上一个合适的基级电流，如果三级管处于放大状态，此时三极管就具备了电流放大能力，但它并不具备电压放大能力，具体的放大倍数我们可以查三极管的数据手册，如果三极管处于饱和状态时，三极管电流的放大能力理论上趋近于无穷大，这时候就相当于一个通路，如果此时把三极管看做一个开关，此时对应于电子开关开的状态。当三极管处于截止状态时，对应于电子开关关的状态，在实现导通和关断时，三极管一般会短暂的进入个放大状态，但这种状态持续的时间非常的短，我们在分析时可以忽略不计。

我们通过改变偏置状态来改变三极管的工作状态，从而实现三极管的导通与关断，在实际运用中，利用三极管作为电子开关具有开关速度快、体积小、价格便宜、容易集成等众多有点，正是因为三极管有这么多优点，所以在电路中运用三极管作为电子开关的地方很多。

想必我们日常生活中都会接触到水龙头吧！其实三极管的工作原理与水龙头的工作原理大同小异。

在正常情况下，我们使用的空气开关是通过外力的作用，从而实现开关的关断与闭合。对于接触器是通过线圈得电，从而使衔铁触点在磁场力的作用下吸合。而三极管唯独与其不同的是通过输入电压信号来自动实现三极管的通断。从而达到自动调节控制电路通断的目的。

那我们来了解一下三极管是怎么实现自动开关功能的？

三极管的组成

一般由PN结组成，由基极、集电极、发射极组成。

三极管的工作原理

在这里，三极管也称为半导体三极管，也叫晶体三极管或双极型晶体管，其内部由PN结组合而成。

• 由硅管或锗管组成，硅管导通电压为0.5~0.8V，锗管导通电压为0.1~0.3V
• 有PNP与NPN型两种结构
• 分为大、中、小三种功率管
• 工作条件：发射结加正向偏置电压，集电极加反向偏置电压。

三极管的工作状态

一般的三极管有三种工作状态，分别是放大、截止、饱和。

• 放大状态

就是水龙头有关断被打开的过程，处于正常出水状态。此时三极管的PN结导通。

• 截止状态

也就是我们水龙头对应的关断状态，不能实现水流。但这里有阻碍水流通的橡胶圈。对应到三极管上可以这样理解，基极的偏置电压小于PN结的导通电压，从而无法实现让三极管这个开关闭合。

• 饱和状态

对于水龙头来说，水流总有一个最大值，也就是我们把开关开到最大，水流最快。对应到三极管的饱和状态也就是说，PN结处于正向导通状态，当基极电流增大到一定值时，集电极电流不在变化，接近于某个恒定值。

三极管做开关的优势

• 通过电信号来控制三极管的导通。
• 导通的时间间隔短
• 没有电弧
• 体积小
• 占用空间小

总结:三极管被广泛应用在电子电路及各类开关电路中，如电子负载控制、开关电源电路、继电器驱动电路、脉冲电路等。

三极管有三种工作模式，截止、放大、饱和导通！你说的让它实现开关功能，是让它处在截止和饱和导通两种状态，尽量不要让他处在放大状态，因为会增加损耗也会使波形变坏！这是在调整偏置电压点实现的！有一些专用的开关管，如3DK…系列的……

三极管具有放大特性，放大就是开关特性

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