开关置于“关”位置时提供开路(无限电阻),置于“开”位置时提供短路(零电阻)。类似地,在双极结晶体管中,通过控制基极-发射极电流,可以使发射极-集电极电阻接近无穷大或接近零。
在一个晶体管特性在美国,有三个地区。他们是
- 截止区
- 活跃的地区
- 饱和区域
在有源区,对于宽范围的集电极-发射极电压(VCE)集电极电流(IC)保持不变。由于电压有很宽的范围,集电极电流几乎是恒定的,如果晶体管在这个区域工作,将会有显著的功率损失。当一个理想的开关关闭时,电流是零,因此没有功率损失。
同样,当开关接通时,开关上的电压为零,因此,再次没有功率损耗。当我们想要BJT作为开关来操作时,它必须以这样一种方式来操作,即在开关状态下的功率损耗应该接近于零,或非常低。
只有当晶体管只在特性的边缘区域工作时,这才有可能。截止区和饱和区是晶体管特性中的两个边缘区域。注意,这两者都适用npn型晶体管和pnp晶体管。
在图中,当基极电流为零时,集电极电流(IC)在很宽的集电极-发射极电压(VCE)。因此,当晶体管的基极电流≤0时,集电极电流(IC≈0)是非常小的,因此晶体管被称为处于关闭状态,但同时,晶体管开关的功率损耗即IC×VCE可以忽略,因为I非常小C。
晶体管用输出电阻R串联起来C。因此,通过输出电阻的电流为
如果晶体管以基极电流I工作B3其中集电极电流为IC1。我C小于IC1,则晶体管在饱和区工作。这里,对于任何小于I的集电极电流C1,会有非常小的集电极-发射极电压(VCE< VCE1)。因此,在这种情况下,通过晶体管的电流与负载电流一样高,但是晶体管上的电压(VCE< VCE1)非常低,因此晶体管的功率损耗可以忽略不计。
晶体管表现得像开开关。所以为了使用晶体管开关对于集电极电流,我们必须确保施加的基极电流必须足够高,以使晶体管保持在饱和区。
因此,从以上的解释,我们可以得出结论,双极结晶体管只有在其特性的截止和饱和区工作时才表现为开关。在开关应用中,避免了特性的有源区或有源区。正如我们已经说过的,晶体管开关的功率损耗很低,但不是零。因此,它不是一个理想的开关,但作为开关被接受为特定的应用。
当我们选择a晶体管开关我们必须关心晶体管的额定值。因为在正常状态下,整个负载电流都会流过晶体管,如果这个电流超过晶体管的集电极-发射极载流能力的安全值,那么晶体管可能会因过热而永久损坏。同样,在关断状态下,晶体管将显示负载的整个开路电压。晶体管必须能够承受这种电压,否则集电极-发射极结将击穿,晶体管变成“开”而不是“关”。另一件事必须考虑在a晶体管开关。晶体管总是需要适当尺寸和设计的散热器。每个晶体管需要有限的时间从关闭状态到打开状态,反之亦然。
虽然这个有限的时间非常小,可能不到几微秒,但它仍然不是零。在开关期间,电流(IC)将逐渐升高,而集电极-发射极电压VCE会下降到0。当电流从零(理想)增加到它的最大值,电压从最大值下降到零(理想),将有一个瞬间,两者都将是最大的。此时,功率损耗达到峰值。同样地,晶体管的最大功率损耗发生在它从开到关的状态。因此,最大的功率损耗发生在晶体管的转变阶段,但仍然,能量耗散量是相当适中的,因为转变阶段是相当小的。对于低频运行,所产生的热量可能会被减缓。但如果运行频率相当高,就会有明显的功率损耗和相应的热量产生。
需要注意的是,发热不仅发生在晶体管的瞬态状态下,也发生在晶体管的稳态开/关状态下,稳态状态下的热量相当小,可以忽略不计。





