晶体管用作开关或双极结晶体管或BJT作为开关知识解析

晶体管用作开(kai)关(guan)或双极(ji)(ji)结晶体管或BJT作为(wei)开(kai)关(guan)的工作原理(li)：当(dang)开(kai)关(guan)处(chu)于“OFF”位(wei)置(zhi)时，开(kai)关(guan)提(ti)供开(kai)路（无限电(dian)(dian)阻），当(dang)它处(chu)于“ON”位(wei)置(zhi)时，开(kai)关(guan)提(ti)供短路（零(ling)电(dian)(dian)阻）。类(lei)似(si)地(di)，在(zai)双极(ji)(ji)结型晶体管中，通(tong)过控制基极(ji)(ji) - 发射极(ji)(ji)电(dian)(dian)流，可以使(shi)发射极(ji)(ji) - 集电(dian)(dian)极(ji)(ji)电(dian)(dian)阻几(ji)乎(hu)无限或几(ji)乎(hu)为(wei)零(ling)。

在(zai)晶体管特(te)性中，存(cun)在(zai)三个区域。他们是(shi)

1、截止区域(yu)

2、 活动区(qu)域

3、饱和区(qu)域

在有源区(qu)中，对于宽范围的(de)集(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)极 - 发射(she)极电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)（V CE），集(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)极电(dian)(dian)(dian)(dian)流（I C）保(bao)持(chi)恒定。由于电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)范围很宽且集(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)极电(dian)(dian)(dian)(dian)流几乎(hu)恒定，如果(guo)晶体管在该区(qu)域工作(zuo)，则(ze)会有明显的(de)功率损耗。当理想(xiang)开关(guan)(guan)关(guan)(guan)闭时(shi)(shi)，电(dian)(dian)(dian)(dian)流为零，因此(ci)没有功率损耗。类似地，当开关(guan)(guan)接通时(shi)(shi)，开关(guan)(guan)两端的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)为零，因此(ci)没有再次断电(dian)(dian)(dian)(dian)。当我们(men)想(xiang)要将BJT作(zuo)为开关(guan)(guan)操作(zuo)时(shi)(shi)，它必须以(yi)这样的(de)方式(shi)操作(zuo)，使得在ON和OFF状态期间(jian)的(de)功率损耗几乎(hu)为零或非常低。

只有当晶(jing)(jing)体(ti)管仅在特性的边(bian)缘(yuan)区(qu)(qu)域中工作时(shi)才有可能。截止区(qu)(qu)域和饱(bao)和区(qu)(qu)域是晶(jing)(jing)体(ti)管特性中的两个边(bian)缘(yuan)区(qu)(qu)域。

在该(gai)(gai)图中，当基极(ji)电(dian)(dian)流为零时，集(ji)电(dian)(dian)极(ji)电(dian)(dian)流（I C）对(dui)于宽范(fan)围的(de)集(ji)电(dian)(dian)极(ji) - 发(fa)射极(ji)电(dian)(dian)压（V CE）具有(you)非常小(xiao)的(de)恒定值(zhi)。因此，当晶体管与基极(ji)电(dian)(dian)流操作≤0时，集(ji)电(dian)(dian)极(ji)电(dian)(dian)流（I C ^ ≈0）非常微小(xiao)，因此，该(gai)(gai)晶体管被说(shuo)成是在OFF状态，但在同一时间，跨越该(gai)(gai)晶体管开关即(ji)我的(de)功率损耗? ×V CE因微小(xiao)的(de)I C而可忽(hu)略(lve)不计。

晶体管与输(shu)出电阻R C串联(lian)连接。因此(ci)，通(tong)过输(shu)出电阻的电流是

如果晶(jing)体(ti)管(guan)以基极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)I B3工作(zuo)，其集(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)为I C1。I C小于I C1，然(ran)后晶(jing)体(ti)管(guan)工作(zuo)在饱和区。这里(li)，对(dui)于任何小于I C1的集(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)，将有(you)非(fei)常小的集(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji) - 发射极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压（V CECE1）。因此，在这种情况下，通(tong)过晶(jing)体(ti)管(guan)的电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)与负载(zai)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)一样(yang)高，但晶(jing)体(ti)管(guan)两端的电(dian)(dian)(dian)(dian)压（V CE CE1）非(fei)常低，因此晶(jing)体(ti)管(guan)中的功率损耗可以忽略不计。

晶体管(guan)表现为ON开(kai)关。因此，对于使用晶体管(guan)作为开(kai)关，我们(men)应该确保所(suo)施加的基(ji)极电(dian)流必须足够(gou)高以使晶体管(guan)保持在(zai)饱和区域(yu)，以获得(de)集电(dian)极电(dian)流。

因此(ci)，从上面的(de)解(jie)释，我(wo)们(men)可(ke)以得出结论，双极结型晶(jing)体(ti)管仅在其(qi)特(te)性(xing)的(de)截止和(he)饱和(he)区域工作时才表现为(wei)开关(guan)。在切换应(ying)用(yong)中，避免了有(you)源区域或有(you)源区域的(de)特(te)性(xing)。正(zheng)如我(wo)们(men)已(yi)经说过的(de)，晶(jing)体(ti)管开关(guan)的(de)功率损耗(hao)非(fei)常低，但不是(shi)零。因此(ci)，它不是(shi)一个(ge)理(li)想的(de)开关(guan)，但可(ke)以作为(wei)特(te)定应(ying)用(yong)的(de)开关(guan)。

我们(men)都知道一台计(ji)(ji)算(suan)(suan)机(ji)的(de)(de)核(he)心就是(shi)(shi)处理器（CPU），它的(de)(de)职责就是(shi)(shi)运(yun)算(suan)(suan)，而CPU是(shi)(shi)一块超大(da)规模的(de)(de)集(ji)成电路，所(suo)以(yi)我们(men)要想弄清楚计(ji)(ji)算(suan)(suan)机(ji)的(de)(de)运(yun)算(suan)(suan)机(ji)制就要了解集(ji)成电路是(shi)(shi)如(ru)何具有运(yun)算(suan)(suan)能(neng)力的(de)(de)，而集(ji)成电路是(shi)(shi)由大(da)量晶(jing)体管(guan)(guan)等电子元器件封装而成的(de)(de)，所(suo)以(yi)探究计(ji)(ji)算(suan)(suan)机(ji)的(de)(de)计(ji)(ji)算(suan)(suan)能(neng)力就可(ke)以(yi)从晶(jing)体管(guan)(guan)的(de)(de)功能(neng)入(ru)手。

众所周知，CPU的(de)(de)(de)价格非(fei)常(chang)(chang)昂贵也就(jiu)是(shi)(shi)因(yin)为(wei)里(li)面的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)很(hen)多(duo)，一(yi)个晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)改进至少(shao)需(xu)要上(shang)一(yi)个晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)三年(nian)的(de)(de)(de)销售成本，所以在(zai)7nm晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)研发(fa)出来之(zhi)后需(xu)要资金进行研发(fa)，在(zai)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)当中圆(yuan)晶(jing)(jing)(jing)太大(da)(da)发(fa)热(re)量也就(jiu)很(hen)大(da)(da)，耗(hao)电(dian)(dian)自(zi)然(ran)也会非(fei)常(chang)(chang)高，所以晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)工(gong)艺的(de)(de)(de)提高能够(gou)大(da)(da)大(da)(da)的(de)(de)(de)降低发(fa)热(re)量和耗(hao)电(dian)(dian)量。当然(ran)说到这里(li)可(ke)能大(da)(da)家就(jiu)非(fei)常(chang)(chang)清楚为(wei)什么不(bu)继续研究5NM的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)了，当然(ran)5nm的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)相(xiang)对于7NM的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)不(bu)仅仅是(shi)(shi)长度场的(de)(de)(de)差距，更大(da)(da)的(de)(de)(de)差距则是(shi)(shi)在(zai)工(gong)艺和定律上(shang)的(de)(de)(de)差距。

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