【導(dǎo)讀】這篇文章主要用于高性能模擬開關(guān)的培訓(xùn)模塊。該培訓(xùn)模塊涵蓋了模擬開關(guān)的基礎(chǔ)知識，包括不同類型的開關(guān)，關(guān)鍵參數(shù)及其在特定應(yīng)用中的重要性。該模塊還介紹了模擬開關(guān)產(chǎn)品和命名，以及無鉛封裝的最新封裝趨勢。
今天主要給硬件新手寫點東西，關(guān)于三極管實用方面的，會說兩個基本的電路，以及相關(guān)電阻的取值及注意事項。
一個現(xiàn)狀我們在模電教材里面，會有各種放大電路，共基，共集，共射等，相關(guān)的計算公式，曲線，電路等效模型天花亂墜，學(xué)起來非常費勁。
實際90%工作，可能我們只需要關(guān)注一個參數(shù)就行了，那就是電流放大倍數(shù)β，其它的通通用不到，而且我們做產(chǎn)品，如果真要放大信號，那也是使用各種集成運放。
絕大多數(shù)情況，我們是把三極管當(dāng)作一個低成本的開關(guān)來使用的，作為開關(guān)，雖然MOS可能更為合適，不過三極管價格更低，在小電流場景，三極管反而是用得更多的。
一個NPN三極管，價格也就2分錢左右。
常用的電路（NPN為例）
1、電平轉(zhuǎn)換，反相
這個電路用得非常多，有兩個功能。
一是信號反相，就是輸入高電平，輸出就是低電平；輸入低電平，輸出就是高電平二是改變輸出信號的電壓，比如輸入的電壓范圍是0V或者是3.3V，想要得到一個輸出是0V或者是5V的電平怎么辦呢？讓Vcc接5V就可以了，輸出高的時候，out的電平就是大約為5V的。 2、驅(qū)動指示燈
我們經(jīng)常使用三極管驅(qū)動LED燈，比如下面這個電路：
3、驅(qū)動MOS開關(guān)
還一個電路也用得非常多，那就是驅(qū)動電源的PMOS開關(guān)，如下圖：
在in為低時，三極管不導(dǎo)通，相當(dāng)于是開路，PMOS管的Vgs為0，PMOS管也不導(dǎo)通，Vcc2沒有電。
在in為高時，三極管導(dǎo)通，集電極相當(dāng)于是接地GND，于是PMOS管的Vgs為-Vcc1，PMOS管導(dǎo)通，也就是Vcc1與Vcc2之間導(dǎo)通，Vcc2有電。 可以看到，以上三種電路，其實都一樣，就是三極管是用作開關(guān)的，要不工作在飽和區(qū)（導(dǎo)通），要不工作在截止區(qū)（不導(dǎo)通），總之就是不能工作在放大區(qū)。這個比較容易理解，如果工作在放大區(qū)，那么Vce的電壓就很難確定了，這會導(dǎo)致當(dāng)你想要高低電平的時候，結(jié)果得到一個中間態(tài)。 所以，Z重要的就是要保證管子的工作狀態(tài)是ok的，也就是說我們要選好電路中的電阻阻值。
關(guān)于電阻的取值，有的新手就有點分不清，因為不同的人設(shè)計的電路，電阻的阻值不盡相同，問就說是“經(jīng)驗值”。其實哪有那么多經(jīng)驗值，都是有些道道在里面的。
下面來看看如何選擇電阻。 如何選擇電阻
我們的電路輸入一般是只有兩種狀態(tài)，0V或者是其它的高電平（1.8V，3.3V，5V等），截止?fàn)顟B(tài)一般不用怎么考慮，因為如果讓三極管的Vbe=0，自然就截止了，重要的是飽和狀態(tài)如何保證。 那么啥叫飽和狀態(tài)？
我們先假定三極管工作在放大狀態(tài)，那么放大倍數(shù)就是β，如果基極有Ib電流流過，那么集電極Ic=β*Ib，Ic也會在Rc上面產(chǎn)生壓降Urc。
易得：Urc Uce=Vcc，顯然，Ib越大，那么Urc=β*Ib*Rc越大，如果Ib足夠大，那么Urc=Vcc時，Uce=Vcc-Urc=0。
如果我們繼續(xù)增大Ib，那么Uce會變成負(fù)的嗎？
Uce＜0是不可能的，因為如果電壓反向，那么電流也要反向，這顯然是不成立的。實際Uce也就繼續(xù)保持接近于0，那么也就是說此時Ic的實際電流是小于β*Ib的，此時電路已經(jīng)滿足不了β的放大倍數(shù)，三極管已經(jīng)不是在放大狀態(tài)，而是進(jìn)入飽和狀態(tài)了。
從以上描述我們很容易得出來，我們只需要讓計算出的Urc=β*Ib*Rc>Vcc，那么三極管就是工作在飽和狀態(tài)的。不過，上面這個電路太簡單，實際電路又各種各樣，那么到底該如何考慮呢？我一般是這樣考慮的：就是假定三極管工作在放大狀態(tài)，放大倍數(shù)為β，如果Z終算得Rc兩端電壓大于Vcc（對應(yīng)的Uce就是個負(fù)壓），那么三極管就是工作在了飽和狀態(tài)了。 電路計算舉例
1、LED燈的例子
已知條件：輸入控制電壓高電平為3.3V，電源電壓為5V，燈的導(dǎo)通電流10mA，燈導(dǎo)通電壓2V，三極管選用型號MMBT3904
三極管飽和導(dǎo)通時，Vce=0V，所以Rc=(5V-2V)/10mA=300Ω。
查詢芯片手冊，三極管MMBT3904的的放大倍數(shù)β（hfe）如下圖所示：
可以看到，在Ic=10mA時，放大倍數(shù)Z小為100。
那么Ib=10mA/100=100uA，三極管導(dǎo)通時，Vbe約為0.7V，繼而求得Rb=（3.3-0.7V)/100uA=26K。
也就是說只要Rb<26K，三極管就工作在了飽和狀態(tài)，像這種情況，我一般取Rb=2.2K，或者是1K，4.7K，10K，這樣Ib更大，更能讓三極管工作在飽和狀態(tài)。具體取多少，取決于整個板子的電阻使用情況，比如10K電阻用得多，那我就取10K，這樣物料種類少，生產(chǎn)更方便。
或者咱為了保險一點，比如要兼容別的三極管型號，可以取Rb=1K，這樣即使別的三極管β小于100，也能工作在飽和狀態(tài)。 我們也可以反向驗算下，假如Rc=300Ω，Rb=10K，那么Ib=（3.3-0.7）/10K=0.26mA，那么Ic=100*0.26mA=26mA，那么Rc的壓降是300Ω*26mA=7.8V，這已經(jīng)超過Vcc了，所以管子肯定是工作在飽和狀態(tài)的。 2、驅(qū)動MOS開關(guān)
這個電路就是個使用三極管控制PMOS管的通斷，那么里面的電阻和電容該如何選擇呢？
我們要知道，這個電路是如何工作的，考慮了哪些因素。
工作原理：
在in為低時，三極管不導(dǎo)通，相當(dāng)于是開路，PMOS管的Vgs為0，PMOS管也不導(dǎo)通，Vcc2沒有電。
在in為高時，三極管導(dǎo)通，集電極相當(dāng)于是接地GND，于是PMOS管的Vgs為-12V，PMOS管導(dǎo)通。
下面看看電阻取值：
R2接到了PMOS管的柵極，我們知道MOS管的柵極阻抗非常大，所以三極管導(dǎo)通穩(wěn)定之后，R2基本是沒有電流的，所以可以看做是開路，三極管的集電極電流主要從R3流動。
那么三極管的Ic電流該如何設(shè)定呢？
我們要在in是3.3V的時候，Vce基本為0，Ic倒是沒有說必須要多少合適。這個時候我們可以先定一個，比如定R3=10K，4.7K，20K等等都是可以的。
我們就先定R3=10K吧，為什么定這個，因為這個是常用電阻。不過我們需要知道，如果電阻定太小，那么Ic的電流必然會比較大，就會浪費電（功耗大，發(fā)熱）電源為12V，那么Ic=12V/10K=1.2mA。從MMBT手冊知道，1mA左右，三極管的放大倍數(shù)Z小是80，所以Ib=1.2mA/80=15uA。那么R1=(3.3-0.7）/15uA=173k。也就是說R1需要滿足R1<173K就可以讓三極管飽和導(dǎo)通。
因為R3已經(jīng)選定了10K，那么R1也可以選擇10K了（物料歸一，少些種類）。 R2，C1有什么用呢？
在上電的一瞬間，因為電容兩端的電壓不能突變，所以C1會將MOS管的Vgs鉗制在0V，讓MOS管不會誤導(dǎo)通，C1通?？梢赃x擇100nF左右。
那么R2有什么用呢？
R2可以限制三極管的Ic電流，因為in的電壓突然變化的時候，三極管狀態(tài)突然改變，Vce電壓會突然改變，需要對電容C1進(jìn)行充放電，這個電流可以通過R2來限制。
我們也可以通過R2和C1一起來調(diào)節(jié)PMOS管的導(dǎo)通時間，其實本質(zhì)就是RC的充放電。如果沒有嚴(yán)格的時間要求，R2和C1的選擇很寬泛，像我一般用100nF和100K。
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