８．１．１ 晶體管的開關(guān)

圖８．１是一例發(fā)射極接地放大電路，這種電路能夠通過輸入信號(hào)（電壓）連續(xù)地——— 模擬地控制流過集電極發(fā)射極間電流，獲得輸出電壓。 

但是開關(guān)電路，如圖８．２所示是一種計(jì)數(shù)地接通／斷開晶體管的集電極發(fā)射極間的電流作為開關(guān)使用的電路。 

圖８．３是電壓增益（放大倍數(shù)）A_v＝10的發(fā)射極接地型放大電路。

照片８．１是給這個(gè)電路輸入１ｋＨｚ、１Ｖ_P-P信號(hào)時(shí)的輸入輸出波形。這時(shí)的輸出波形不是通過介入耦合電容取出的， 而是集電極電位。由于A_V＝10，所以輸出應(yīng)該是１０Ｖ_P-P。但是由于電源電壓以及發(fā)射極電阻上電壓降的緣故，如照片所示，波形的上下部分均被截去（輸出飽和）。

輸出波形的上半周被截去的情況是由于輸出電平與電源電壓相等，所以集電極電阻上沒有了電壓降，也就是說晶體管的集電極發(fā)射極間沒有電流流過（集電極電流為零）。換句話說，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。

相反，輸出波形的下半周被截去的情況是因?yàn)檩敵鲭娖教幱诟�接近ＧＮＤ電平的電位（集電極電阻上的電壓降非常大），晶體管的集電極電流處于最大值。也就是說，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

這樣的開關(guān)電路只要利用輸入信號(hào)使輸出波形被限幅就可以實(shí)現(xiàn)（使晶體管處于接通／斷開狀態(tài)就可以），所以可以認(rèn)為只要放大電路具有非常大的放大倍數(shù)，或者加上很大的輸入信號(hào)就可以。但是，這樣的開關(guān)電路必須是直流的接通／斷開狀態(tài)（這樣的用途非常多），所以必須具有一定的直流的放大倍數(shù)。

８．１．２從放大電路到開關(guān)電路圖

８．４是從發(fā)射極放大電路演變到開關(guān)電路的示意圖 。首先為了獲得直流增益（放大倍數(shù)），從圖８．４（ａ）的一般發(fā)射極放大電路中去掉輸入輸出的耦合電容C₁、C₂，得到圖８．４（ｂ）的電路。進(jìn)一步為了提高放大倍數(shù)，去掉發(fā)射極電阻Ｅ，變成圖８．４（ｃ）的電路。這樣一來，也就沒有必要加基極偏置電壓。當(dāng)輸入信號(hào)為０Ｖ時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài) ，所以集電極就沒有必要流過無用的電流——— 空載電流。因此， 如圖 ８．４（ｄ）所示去掉偏置用的R₁。

為了確保沒有輸入信號(hào)時(shí)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，需要保留使基極處于ＧＮＤ電位的電阻R₂。但是，圖８．４（ｄ）的電路中如果輸入信號(hào)超過＋０．６Ｖ，晶體管基極發(fā)射極間的二極管將處于導(dǎo)通狀態(tài)，就開始有基極電流流過。也就是說，這樣的狀態(tài)不能限制電流，會(huì)有非常大的基極電流流過。因此，如圖８．４（ｅ）所示還需要插入限制基極電流的電阻R₃。這樣就可以將發(fā)射極接地放大電路變形成開關(guān)電路。

８．１．３觀測(cè)開關(guān)波形

圖８．５是上述電路代入了具體數(shù)值的實(shí)際開關(guān)電路，照片８．２是給這個(gè)電路輸入１ｋＨｚ、２Ｖ_P-P的正弦波時(shí)的輸入輸出波形。輸入信號(hào)是正弦波。但是由于電路的放大倍數(shù)足夠大，所以輸出波形變成了方波。當(dāng)輸入信號(hào)電平在＋０．６Ｖ以下時(shí)體管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電平是＋５Ｖ（電源電壓）。當(dāng)超過＋０．６Ｖ時(shí)，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出基本上是ＧＮＤ電平。

通常開關(guān)電路的輸入信號(hào)只是控制開關(guān)的接通／斷開，所以采用與接通／斷開電平相對(duì)于的二值信號(hào)，即方波。經(jīng)常用ＴＴＬ或ＣＭＯＳ等數(shù)字電路的輸出直接控制開關(guān)電路。

照片８．３是給圖８．５的電路輸入１ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波時(shí)的輸入輸出波形。由于用０Ｖ／＋５Ｖ的方波使晶體管于接通／斷開狀態(tài)，所以輸出波形也是＋５Ｖ／０Ｖ的方波。這個(gè)電路可以認(rèn)為是發(fā)射極接地放大電路的變形，所以與放大電路一樣，輸入輸出信號(hào)的相位是反轉(zhuǎn)的。

從照片８．３看到的輸入輸出波形簡(jiǎn)直就是數(shù)字電路中倒相器（ＮＯＴ電路）的輸入輸出波形。所以這個(gè)電路可以作為倒相器使用。但是，
為了能夠像數(shù)字ＩＣ那樣高速動(dòng)作還需要作一些改進(jìn)。這將在后面介紹。

如果電源設(shè)置為＋１５Ｖ，由于輸入信號(hào)是０Ｖ／＋５Ｖ的ＣＭＯＳ（ＴＴＬ）電平，所以可以作為向０Ｖ／＋１５Ｖ的ＣＭＯＳ電平變換的邏輯電平變換電路。當(dāng)然反過來也可以由０Ｖ／＋１５Ｖ變換為
０Ｖ／＋５Ｖ。 

８．１．４如果集電極開路

圖８．５的電路中集電極連接著負(fù)載電阻Ｌ。如圖８．６所示，當(dāng)不連接負(fù)載電阻時(shí)這個(gè)電路的集電極就原封不動(dòng)地變成輸出端。把這個(gè)電路叫做開路集電極，它廣泛應(yīng)用于以繼電器或燈泡等為外部負(fù)載的開關(guān)電路。

如圖８．６所示，在使用ＮＰＮ晶體管的電路中，如果在電位高于ＧＮＤ的電源與集電極（輸出端）之間連接負(fù)載，這時(shí)就像是吸入負(fù)載電流。在使用ＰＮＰ晶體管的電路中，如果在比正電源電位低的電源（在圖８．６（ｂ）中是ＧＮＤ）與集電極間連接負(fù)載，這 時(shí)就像負(fù)載電流在流出。因此，這個(gè)開路集電極能夠接通／斷開負(fù)載電流而與負(fù)載連接幾伏的電源沒有關(guān)系，所以是一個(gè)對(duì)于開關(guān)外部負(fù)載非常方便的電路。