数字开关：晶体管饱和和强制 Beta
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晶体管通常用作数字电路中的受控开关。例如，晶体管可以用作缓冲器，允许微控制器激活继电器或LED。对于这些数字应用，我们希望晶体管饱和，以便集电极到发射极出现短路；就像闭合的开关一样，电流可以自由地从发射极流向集电极。
在这篇文章中，我们将探讨晶体管 beta 的非线性响应引起的饱和和复杂性，特别是在较高的集电极电流下。这是使用一个简单的答案来完成的，其中基极电流设置为集电极电流的 10%。然后，我们深入研究数据表规范，以更好地了解趋势并做出支持使用强制 Beta 的定性声明。
简单的答案
一个简单的答案是使用强制贝塔条件设计电路。我们选择电路元件，使基极电流为集电极电流的 10%。为了说明这一点，假设我们有一个电阻为 180 Ω 的 24 VDC 继电器。
对于强制 beta 条件，我们设计的基极电流为集电极电流的 10%。如果我们假设晶体管由 3.3 VDC 微控制器驱动，则基极电阻计算如下：
此时，我们选择具有较宽安全裕度的 NPN 晶体管，并构建如图原理图所示的电路。鉴于具有 130 mA 负载的 24 VDC 电源，MPSA06晶体管非常适合。它具有 500 mA 电流限制在C和80 VDC。
更复杂的答案
MPSA06 数据表为此设计提供支持。请注意此数据表图表显示在C和作为集电极电流的函数。对于所选基极电路（绿色圆圈），基极到发射极的电压约为 0.2 VDC。按照惯例，该图的数据是在 10% 强制 beta 条件下计算的。
在完成之前，我们需要再次查看数据表以确定正确的在乙和。我确信您已经被告知，基极到发射极的电压可能约为 0.6 或 0.7 VDC。然而，情况并非总是如此，特别是对于在其电流范围的高端工作的饱和晶体管。
该图显示了饱和（乙= 10) 晶体管作为集电极电流的函数。我们可以清楚地看到电压随着集电极电流的增加而上升。根据这些数据，我们可以预期在乙和对于我们选择的设计（绿色圆圈），电压约为 0.9 VDC。重新计算基极电阻：
从数据表中还有另一种方法可以回答这个问题。这个“曲棍球棒”图形显示了饱和曲线，其中在乙和是基极电流的函数。对于我们选择的设计，预期的集电极到发射极电压再次显示为大约 0.2 VDC。
这是一个重要的图表，有助于解释饱和度的概念。请考虑 10 mA 曲线。当 B = 100（10 mA 集电极电流除以 0.1 mA 基极电流）时，数据中存在一个拐点（拐点）。稍微向左移动，晶体管进入线性范围。向右移动表明没有明显的变化；一旦晶体管饱和，增加基极电流只会进一步驱动晶体管饱和。
人们倾向于尽可能减少基极电流，以使晶体管在拐点运行。这将节省电能，否则这些电能将作为基极到发射极结的热量而被浪费。然而，这不是一个好的工作点，因为晶体管的变化和温度效应可能会使晶体管滑入线性范围。这可能会导致晶体管过热或降低负载上的压降。