硬件必备基础知识二———三极管

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一、三极管

1.1三极管简介：

三极管是一种控制和驱动器件，根据材料分为硅管和锗管，他们的原理相同只是管压降不同。其中硅管 管压降约为0.7V，锗管为0.2V。 硅管用的较普遍。按类型分三极管分为PNP、NPN型。

从图中可以看出横侧的引脚衡为基极（base），与基极相连的带箭头的恒为发射极（emitter），剩余的为集电极（collector）。

1.2三极管特性：

电流满足KCL关系（流入等于流出）。

1.3三极管作用：

三极管有截止、饱和、放大三种工作状态。

       放大:在三极管放大区工作时，它能够将小信号电流放大成大信号电流，从而实现信号放大的功能。三极管放大的过程主要是通过控制集电极电流来实现的，当基极电流发生微小变化时，集电极电流会发生明显的变化，从而使输出信号得到放大。—–基极电流Ie与集电极电流Ic之间的关系，即满足Ic=β*Ib;β系数是大于1的一个数，这个数不同型号的三极管是不一样的，通常介于几十到几百之间。放大状态主要应用于模拟电路中，且用法和 计算方法也比较复杂。
    饱和:在三极管饱和区工作时，它的集电极电流达到最大值，无法再被进一步增加。在饱和状态下三极管可以作为开关使用，可以将一个电路的输出信号从低电平切换到高电平或从高电平切换到低电平
    截止:在三极管截止区工作时，集电极和基极之间的电路处于断开状态，输出信号为零。在截止状态下，三极管无法起到放大或开关的作用。
    对于PNP型三极管，e极电压只要高于b极0.7V以上，这个三极管就可以顺利导通。对于NPN型，则是b极高于e极0.7V才导通。也就是说，箭头始端高于末端0.7V三极管导通。一句口诀送给大家：：箭头朝内 PNP，箭头始端高末端，电压导通， 电流控制。

        截止状态只要 e 和 b 之间不导通即可。我们要让这个三极管处于饱和状态，就是我们所谓的 开关特性，必须要满足一个条件，即满足Ic=β*Ib;

1.4三极管用法：

例一：三极管作为开关：

若给P1.0高电平，则三极管b极和e极没有电压差，三极管截止。若给P1.0低电平，则三极管b极和e极出现电压差。其中Ueb管压降约为0.7V，则电阻R47两端电压为（5-0.7）=4.3V。由于三极管导通，即e极和c极导通。由于LED本身有2V压降，Uec间管压降约为0.2V（可忽略不计），则在电阻R41两端电压为（5-2）=3V。可计算出这条支路电流大概为3mA。

例二：三极管进行不同电压之间的转换

        即通过三极管进行不同电压之间的转换。比如我们的单片机是 5V 系统，它现在要跟一个 12V 的系统对接，如果 IO 直接接 12V 电压就会烧坏单片机，所以我们加一个三极管，三极管的工作电压高于单片机的 IO 口电压， 用 5V 的 IO 口来控制 12V 的电路，

        V

        分析：当IO输出低电平时，三极管b极和e极没有电压差，三极管截止，OUT端输出高电平12V。         当IO输出5V时，三极管b极和e极出现电压差，三极管c极和e极导通。由于地的下拉作用，OUT端输出低电平。这样就实现了低电压控制高电压的原理。

例三：三极管驱动

        三极管的驱动作用和三极管的低压控制高压原理类似。所谓驱动主要指电流的输出能力。。

普通的LED小灯控制方式：

        单片机的 IO 口可以输出一个高电平，但是他的 输出电流却很有限，普通 IO 口输出高电平的时候，大概只有几十到几百 uA 的电流，达不到 1mA，也就点不亮这个 LED 小灯或者是亮度很低。

        或者像下面一样用 IO 口的低电平可以直接点亮 LED，但是单片机的 IO 口作为低电平，输入 电流就可以很大吗？这个我想大家都能猜出来，当然不可以。单片机的 IO 口电流承受能力， 不同型号不完全一样，就 STC89C52 来说，官方手册的 81 页有对电气特性的介绍，整个单片机的工作电流，不要超过 50mA，单个 IO 口总电流不要超过 6mA。即使一些增强型 51 的 IO 口承受电流大一点，可以到 25mA，但是还要受到总电流 50mA 的限制。

                这个时候如果我们想用高电平点亮 LED， 就可以用上三极管来处理了。

三极管驱动 LED 小灯：

 当 IO 口是高电平，三极管导通，因为三极管的电流放大作用，c 极电流就 可以达到 mA 以上了，就可以成功点亮 LED 小灯。