【题目编号】MC1-1266
【题目】制作开关电源或是驱动继电器的电路，甚至是在制作驱动指示灯的电路时，我们都期望电路中起控制作用的晶体管工作于开关状态。这是因为：
【答案】A
[A]晶体管工作于开关状态时具有导通电阻小，功率损耗低的优点
[B]晶体管工作于开关状态时具有工作速度快，射频干扰小的优点
[C]晶体管工作于开关状态时具有电路线性好，互调杂散少的优点
[D]晶体管工作于开关状态时具有驱动电压低，容性电流小的优点
考点速览
这道题问的是：为什么开关电源、继电器驱动、指示灯驱动这类电路里，都希望起控制作用的晶体管工作在开关状态。答案落在导通损耗上——开关状态只有截止和饱和两头，两种状态下的瞬时功耗都很小。四个选项给出了四种听起来都像优点的说法，只有一项说到了点子上，其余三项要么把放大区的长处安到了开关状态头上，要么把开关状态的短处说成了长处。
三种工作状态与损耗从哪里来
双极型晶体管（bipolar junction transistor，BJT）有截止、放大、饱和三个区，开关状态只取两头。截止时基极没有注入电流，集电极电流近似为零，管子相当于断开的开关；饱和时集电极电流由外电路决定，管子两端只剩一个很小的饱和压降，相当于闭合的开关。放大区落在中间，集电极电流受基极电流控制，管子同时承受可观的电压和电流。
功耗就是电压与电流的乘积。截止时电流趋近于零，饱和时压降趋近于零，两者相乘都接近零。小功率硅管的饱和压降典型值在零点几伏，大功率金属氧化物半导体场效应管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET）改用导通电阻表征，可以低到几毫欧到几十毫欧，导通损耗按电流平方乘电阻计算。设继电器线圈电流一百毫安、管子饱和压降零点三伏，损耗只有三十毫瓦，几乎不发热；同一只管子若停在放大区、压降三伏，损耗立刻变成三百毫瓦，封装会明显发烫。
对照线性稳压电源就更容易看清：它的串联调整管恰恰工作在放大区，输入与输出之间的压差全部由这只管子承担，损耗等于压差乘负载电流，效率往往只有百分之三四十，剩下的功率全变成热，散热器自然又大又重。这正是开关电源在重量和体积上胜过线性电源的根本原因之一。
逐项辨析
选项 A 说的是导通电阻小、功率损耗低。把管子推进饱和区，等于把工作点从"既当电阻又当电源"的放大区挪到近似短路的开关区，静态损耗被压到最低。继电器驱动、指示灯驱动、开关电源的功率级都用这个思路，选项 A 正确。
选项 B 提到速度快、射频干扰小。开关管切换确实快，但陡峭的跳变沿意味着方波脉冲的谐波一直延伸到很高的频率，电磁干扰（electromagnetic interference，EMI）反而更严重——这正是开关电源必须加输入滤波、吸收电路和屏蔽的原因。把"射频干扰小"挂在开关状态上，与事实正好相反，不选。
选项 C 说的是电路线性好、互调杂散少。线性度和低互调是放大器的指标，要求管子工作在放大区、静态工作点稳定、负反馈充分。开关状态恰恰是最不线性的工作方式，输出只有高、低两态，根本谈不上线性。这一项把放大器的长处搬了过来，不选。
选项 D 说的是驱动电压低、容性电流小。开关管的驱动需求由器件类型和电路决定，与"工作在开关状态"没有必然联系；场效应管栅极存在输入电容，高频开关时驱动电路还必须提供不小的充放电电流，说它容性电流小同样站不住。这一项找不到对应的物理依据，不选。
开关状态要付的代价
把管子当开关用并非没有成本。切换的那一瞬间电压和电流同时不为零，交叠区域产生开关损耗，开关频率越高，这部分损耗占比越大，所以提高频率必须同时改进器件与拓扑，比如软开关、零电压开关。另一项代价是干扰：陡峭的跳变沿是宽带干扰源，开关电源的传导发射与辐射发射都由此而来，要靠共模扼流圈、跨接电容、缓冲网络和屏蔽来压制。反过来说，如果一只驱动管在电路里持续发热，第一件该查的事就是它有没有被偏置到真正的饱和区。
应试要点
记两句就够：开关状态等于截止加饱和，截止看电流为零，饱和看压降为零，两头相乘都小，所以损耗低、效率高、散热轻。凡是选项里冒出"线性好""互调少""干扰小"这类字眼，先怀疑它讲的是放大区而不是开关状态。数字上记住两点：小功率硅管饱和压降零点几伏，功率场效应管的导通电阻是毫欧量级，这两个数量级决定了驱动管烫不烫手。
