使用晶体管作为开关，为什么集电极上总是有负载

我在参考电路中发现，当BJT用作饱和模式的开关时，负载始终在集电极上。对于NPN，发射极接地，对于PNP，发射极接地，如下所示：

1. 为什么负载总是集中在收集器上而不是相反？
2. 由于晶体管仅用作开关，是否还可以使用FET代替BJT？
3. 如果使用BJT来复用多个7段显示器，则所有7段的电流都应流经晶体管。那么，当在饱和模式下每7段单元使用分立晶体管时，不同晶体管的不同电流增益值是否会导致7段显示器的亮度差异？

不必使用接地的发射器，但可以考虑使用其他方法

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

用作开关（处于饱和状态）的晶体管通常将具有约0.2伏的集电极-发射极电压。由于基极-发射极电压约为0.7伏特，因此Vs必须至少比Vcc高0.5伏特，再加上R2两端所需的任何电压，以使基极电流达到所需水平。这个基础电流将是巨大的。无论“普通”增益如何，处于饱和状态的NPN晶体管都会显示出低得多的增益，通常的经验法则是确保低Vce的增益为10。因此，如果没有第二个更高的电源，就无法使用所示电路，这在您看来并不方便。

反过来，这回答了您的第三个问题。由于晶体管（按正常的线性标准）将严重过驱动，因此晶体管之间的增益变化通常不会产生明显的影响。在所示的电路中，电压增加50％将导致晶体管电压从0.2伏增加到0.3伏，这将使负载电压从4.8伏降低到4.7伏，对于显示器和LED而言，这是不明显的。

关于问题2，答案肯定是。从很多方面来说，FET和MOSFET都更容易驱动，因为它们所需的栅极电流非常小（过渡期间除外）。而且，事实上，CMOS是微处理器和图形芯片的主要技术，每个芯片可能有数百万个晶体管。好吧，实际上，当今高端CPU和图形IC的晶体管数量在1到20亿之间。由于当前的要求，尝试使用BJT这样做是完全不可能的。

在集电极上施加负载的一个简单原因是，它使基极电流与负载无关。这使得可靠地保持晶体管饱和变得容易得多。

如果负载在发射极上，则基极电流取决于负载。如果负载是LED，则您必须施加到晶体管基极以达到所需电流的电压会因LED的正向电压而上升。

如果负载是电动机，并且已连接到发射极，则基极电流取决于电动机，并且随着电动机旋转，其整个位置都会变化。

1. 不总是。有称为“发射极跟随器”的电路。它们不会放大电压，但是会放大输入电流。

2. 是的，出于开关目的，也使用FET，n沟道用于低侧开关，p沟道用于高侧开关。

3. 如果使BJT进入饱和模式，则只要提供足够的基极电流以使晶体管保持在饱和状态以获得最低的制造商指定的增益，那么不同的电流增益就无关紧要。

如果驱动7段LED显示屏，则无法通过控制晶体管来控制电流。您可以通过使用计算得出的限流电阻和饱和开关的脉冲宽度调制来控制电流/亮度。这种方法消除了晶体管的可变性。

在许多情况下，最好将负载放在发射器中。例如：

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

此处，一组多路LED由用于高端驱动器的发射极跟随器驱动。（使用8位数7段+ DP显示屏，您将有8个高压侧，8个低压侧以及与后者串联的8个电阻器）不需要基极电阻器，从而节省了空间和零件。

或在这里：

^{模拟该电路}

此处，逻辑门直接驱动4.5VDC继电器线圈，无需其他组件。

您没有通过发射极跟随器获得电压增益，但是却获得了电流增益，并且没有反相，有时候这正是所需要的。

发射极跟随器通常不允许晶体管饱和（可以通过以比集电极高的电压驱动基极并添加基极电阻来实现，但如果基极是由相同电压或小于基极电压驱动的，则不会发生这种情况。集电极。

这意味着晶体管两端的压降至少为0.6V，这并不总是那么糟糕，而且由于晶体管不饱和，因此开关速度更快。常见的发射极开关电路可以将晶体管推至饱和状态，可能只有Vce的1/10，从而将发热降至最低。