在電子電路設計中，三極管是一種常用的電子元件，其應用廣泛，其中用作開關(guān)是較為常見的用法之一。當三極管用作開關(guān)時，它會在飽和區(qū)和截止區(qū)之間進行切換。下面我們先詳細介紹一下三極管用作開關(guān)的基本工作原理。

三極管開關(guān)工作原理

• 開關(guān)導通：為了使三極管進入飽和區(qū)，基極需要有足夠大的電流 IB，從而讓集電極電流 IC 達到其最大值。在飽和區(qū)，集電極 - 發(fā)射極電壓 VCE 很?。ǖ湫椭翟?0.1V 到 0.3V 之間），這表明三極管完全導通。此時，三極管的狀態(tài)類似于一個閉合的開關(guān)，允許電流從集電極流向發(fā)射極。為確保三極管完全飽和，在設計時通常會使基極電流 IB 稍大于理論值，使得 IC>β?IB。
• 開關(guān)關(guān)斷：要讓三極管進入截止區(qū)，基極電流 IB 需要為零或非常小。在截止區(qū)，基極 - 發(fā)射極電壓 VBE<0.7V（對于硅三極管），集電極電流 IC 近似為零。此時，三極管的狀態(tài)類似于一個斷開的開關(guān)，阻止電流從集電極流向發(fā)射極。

在實際電路中，當三極管用作開關(guān)去驅(qū)動一些負載，例如繼電器時，我們常常會發(fā)現(xiàn)三極管的基極和發(fā)射極會并聯(lián)一個電容。那么，為什么需要并聯(lián)這個電容呢？這就需要我們了解一下三極管的高頻等效模型。

三極管高頻等效模型與并聯(lián)電容的原因

三極管的高頻等效模型主要包含基極 - 集電極寄生電容 Cbc、基極 - 發(fā)射極寄生電容 Cbe 和集電極 - 發(fā)射極寄生電容 Cce，這和 MOSFET 的等效模型有相似之處。如果對 MOSFET 的等效模型有所研究，那么理解三極管的高頻等效模型就會相對容易。

圖 1 三極管高頻等效模型
電容具有 “通高頻，阻低頻” 的特性。當電源 VCC 端存在高頻干擾時，干擾信號會通過如下路徑：VCC→Rc→Cbc→Cbe→Re→GND。這樣一來，高頻干擾信號就會在三極管基極與地之間形成一個分壓。當這個分壓大于三極管的開啟電壓 0.7V（對于硅三極管）時，三極管就會發(fā)生誤導通。如果產(chǎn)品進行 EMC 試驗，且三極管驅(qū)動的是繼電器，此時繼電器就會誤吸合，這顯然是不能被接受的。

圖 2 高頻干擾信號路徑

電容容值的計算

下面我們通過一個具體的例子來計算需要并聯(lián)的電容 C 的容值。假設基于如下電路進行分析，當三極管處于關(guān)斷狀態(tài)時，假定 R1 電阻左邊開路，三極管集電極出現(xiàn)的尖峰電壓最大為 40V，且 Cbc=100pF。

圖 3 用于計算電容容值的電路
根據(jù)分壓原理，要避免三極管誤導通，需要滿足 Cbc?40V/(Cbc+C)<Vbe_on，其中 Vbe_on 表示三極管的開啟電壓。由此可推導出 C>Cbc?40V/Vbe_on?Cbc。將 Cbc=100pF，Vbe_on=0.7V 代入計算可得：C>100?40/0.7V?100pF≈5614pF。
因此，為了避免三極管誤導通，我們可以選擇一個相近的容值 6.2nF 的電容并聯(lián)到三極管的基極 - 發(fā)射極?？偨Y(jié)來說，核心思路就是讓基極 - 發(fā)射極電容 C 和基極 - 集電極寄生電容 Cbc 分壓小于基極 - 發(fā)射極導通電壓，從而避免三極管誤導通。