EEPW论坛

三极管在开关状态下使用时，确实容易出现问题，主要是因为从放大区进入饱和区是一个过渡过程，涉及饱和、浅度饱和和深度饱和三种状态。

饱和状态

定义：当三极管的基极电流（Ib）增加，而集电极电流（Ic）不再随之增加时，三极管进入饱和状态。

特点：

集电极-发射极电压（Vce）较低，通常小于0.4V。

三极管完全导通，功耗较低。

应用：在开关电路中，饱和状态是理想的工作状态，因为此时三极管的导通损耗最小。

浅度饱和状态

定义：当基极电流较小，三极管刚从放大区进入饱和区时，处于浅度饱和状态。

特点：

集电极-发射极电压（Vce）较大，通常大于0.4V。

电流增益（β）接近放大倍数。

问题：

浅度饱和状态下，Vce较大，导致三极管的导通损耗增加，可能引起发热。

开关速度较慢，影响电路性能。

深度饱和状态

定义：当基极电流足够大，使得集电极-发射极电压（Vce）非常小（0~0.3V）时，三极管进入深度饱和状态。

特点：

Vce非常低，导通损耗最小。

电流增益（β）远小于放大倍数，通常以20~30倍为基准。

应用：

深度饱和状态是开关电路中最理想的状态，能够最大限度地降低功耗和提高效率。

影响饱和压降的因素

集电极电流（Ic）：集电极电流越大，饱和压降（Vce）也越大。

温度：温度越高，饱和压降（Vce）也越高，但根据NXP的BC817测试数据，温度对饱和压降的影响较小。

基极电流（Ib）：基极电流越大，越容易进入深度饱和状态，饱和压降越低。

三极管的输入级特性

三极管的输入级等效于一个二极管，因此具有二极管的特性。

导通压降：在计算低温环境下的电流增益时，需要注意导通压降的变化。

基极保护：基极较为脆弱，通常采用基极限流电阻和基极并联电阻（通常为10kΩ，比例1:1）来保护三极管，确保限流和启动。

在使用三极管时，无论是开关应用还是信号放大，都需要特别注意一些关键点，尤其是在设计复杂电路时。

基极电流的设计

问题：在开关应用中，三极管的基极电流需要足够大，以确保三极管进入深度饱和状态。如果基极电流不足，三极管可能工作在浅度饱和或放大区，导致导通损耗增加。

解决方法：

根据三极管的电流增益（β）和集电极电流（Ic）计算所需的基极电流（Ib = Ic / β）。

在驱动电路中增加基极限流电阻，确保基极电流稳定。

多路输出时的基极电流分配

问题：在一路信号驱动多路输出时（如图所示），多个三极管的基极并联，由于每个三极管的开启电压（Vbe）和等效电阻存在差异，可能导致电流分配不均，部分三极管无法进入深度饱和状态。

解决方法：

为每个三极管的基极单独配置偏置电阻，确保每个三极管获得足够的基极电流。

选择参数一致性较好的三极管，减少因器件差异导致的问题。

三极管的饱和状态

问题：三极管进入深度饱和状态的条件是基极电流足够大，使得集电极-发射极电压（Vce）降至最低（通常小于0.3V）。如果基极电流不足，三极管可能工作在浅度饱和状态，导致Vce较高，功耗增加。

解决方法：

确保基极电流远大于饱和所需的最小值（通常为 Ic / β 的2~3倍）。

使用加速电容或图腾柱电路提高基极驱动能力，加快开关速度。

温度对三极管性能的影响

问题：三极管的参数（Vbe、β）会随温度变化，可能导致电路性能不稳定。

解决方法：

在设计时考虑温度对三极管参数的影响，留出足够的余量。

使用温度补偿电路或选择温度特性较好的三极管。

三极管的保护措施

问题：三极管的基极较为脆弱，容易受到过流或过压损坏。

解决方法：

在基极串联限流电阻，限制基极电流。

在基极和发射极之间并联电阻，提供放电通路，防止电荷积累。

改进方案分析

问题：在图5.31的设计中，多个PNP管的基极并联，由于器件参数差异，可能导致部分三极管无法进入深度饱和状态。

改进方案：

单独配置基极电阻：为每个PNP管的基极单独配置偏置电阻，确保每个三极管获得足够的基极电流。

调整电阻值：根据后级电流需求调整基极电阻值，确保三极管进入深度饱和状态。

器件选型：选择参数一致性较好的三极管，减少因器件差异导致的问题。

总结：

三极管在开关状态下使用时，容易出现问题，主要是因为从放大区进入饱和区是一个过渡过程，涉及饱和、浅度饱和和深度饱和三种状态。饱和状态下，三极管完全导通，Vce较低，功耗最小，是理想的工作状态。浅度饱和时，Vce较大，导通损耗增加，可能导致发热和开关速度变慢。深度饱和状态下，Vce极低，导通损耗最小，是开关电路中最理想的状态。影响饱和压降的因素包括集电极电流、温度和基极电流，其中基极电流越大，越容易进入深度饱和状态。

在使用三极管时，需特别注意基极电流设计，确保其足够大以使三极管进入深度饱和状态。在多路输出时，应为每个三极管单独配置基极电阻，避免电流分配不均。此外，温度对三极管参数的影响也需考虑，设计中应留出余量或使用温度补偿电路。为保护三极管，可在基极串联限流电阻和并联放电电阻。通过合理设计和优化，可以提高电路的可靠性和性能。