一．原理分析
三极管除了有电流放大的作用之外，也可以做为开关使用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，它具有一些机械式开关所没有的特点。如图1所示，因为受到电阻 Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为Uc/Rc，其中Uc为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。NPN和PNP型的三极管分析方法一致，本文以NPN三极管来介绍三极管的开关电路。
图1 三极管基本电路
二．三极管开关设计 1. 基本三极管开关电路
图2 基本三极管开关电路
图2所示，为三极管电子开关的基本电路图。由图2可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上，输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时
三极管工作于截止(cut off)区。同理，当Vin为高电压 时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管便工作于饱和区 (saturation)。
对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.7伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.7伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于0.3伏特。当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。欲如此就必须使Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VCE便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为:
因此，基极电流最少应为：
IC(饱和)?VCC RLD(1)
IB(饱和)?IC(sat)??VCC ?RLD (2)
上式表出了IC和IB之间的基本关系，式中的β值代表三极管的直流电流增益，对某些三极管而言，其交流β值和直流β值之间，有着甚大的差异。欲使开关闭合，则其Vin值必须够高，以送出超过或等于式(2式所要求的最低基极电流值。由于基极回路只是一个电阻和基射极接面的串联电路，故Vin可由下式来求解：
Vin?IB(饱和)RB?0.6V?VCCRB?0.6V ?RLD(3)
一旦基极电压超过或等于式3 式所求得的数值，三极管便导通，使全部的供应电压均跨在负载电阻上，而完成了开关的闭合动作。
总而言之，三极管接成图2的电路之后，它的作用就和一只与负载相串联的机械式开关一样，而其启闭开关的方式，则可以直接利用输入电压方便的控制，而不须采用机械式开关所常用的机械引动 (mechanical actuator)﹑螺管柱塞(solenoid plunger)或电驿电枢(relay armature)等控制方式。
2. 三极管开关的改进电路一 有时候，我们所设定的低电压准位未必就能使三极管开关截止，尤其当输入准位接近0.7伏特的时候更是如此。想要克服这种临界状况，就必须采取修正步骤，以保证三极管必能截止。图3就是针对这种状况所设计的两种常见之改良电路。
图3 三极管开关改进电路一
图3所示，在基极和Rb电阻之间串联上一只二极管，因此使得基极电流导通的输入电压值提升了0.7伏特，如此即使Vin值由于信号源的误动作而接近0.7伏特时， 亦不致使三极管导通，因此开关仍可处于截止状态。 3. 三极管开关的改进电路二
图4 三极管开关改进电路二
图4所示为另一种改进的三极管开关电路。电阻Rbb有两个作用，第一个作用：其相当与基极的一个下拉电阻。如果Vin端悬空，则由于Rbb的存在可使得三极管可靠的关断，如果没有Rbb，则输入端悬空时有可能由于受到干扰而导致三极管大通而开启。第二个作用：Rbb可提升高电平的门槛电压。当没有Rbb的时候，三极管高电平门槛电压只有0.7V，而当有Rbb时，输入端电压Vin就要大于0.7V才能使得三极管导通，具体可根据Rb和Rbb的取值来算出。
4. 带加速电容(speed-up capacitors)的三极管开关电路
在要求快速切换动作的应用中，必须加快三极管开关的切换速度。图5为一种常见的方式，此方法只须在Rb电阻上并联一只加速电容器C，如此当Vin由零电压往上升并开始送电流至基极时，电容器由于无法瞬间充电，故形同短路，然而此时却有瞬间的大电流由电容器流向基极，因此也就加快了开关导通的速度。稍后，待充电完毕后，电容就形同开路，而不影响三极管的正常工作。
图5 带加速电容的三极管开关电路
一旦输入电压由高准位降回零电压准位时，电容器会在极短的时间内即令基射极接面变成反向偏压，而使三极管开关迅速切断，这是由于电容器的左端原已充电为正电压，因此在输入电压下降的瞬间，电容器两端的电压无法瞬间改变仍将维持于定值，故输入电压的下降立即使基极电压随之而下降，因此令基射极接面成为反向偏压，而迅速令三极管截止。适当的选取加速电容值可使三极管开关的切换时间减低至几十分之微秒以下，大多数的加速电容值约为数百个皮法拉(pF)。
三极管开关电路设计
