三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的能量罷了。
1.?三極管工作狀態(tài)的判斷方法：?
分析電路時(shí)，判斷三極管的功能，如果能夠知道該三極管三個(gè)管腳的電壓和該三極管起得作用（放大還是開(kāi)關(guān)），。對(duì)于NPN而言，如果Uc》Ub》Ue，該管處于放大狀態(tài)，放大一定的電流，一般是在模擬電路中起了作用（此時(shí)Uce之間的電壓是不確定的）；如果Ub》Ue，Ub》Uc，該管處于飽和狀態(tài)，c-e之間導(dǎo)通，其管壓降為0.3-0.7V，與截止區(qū)相對(duì)立，此時(shí)該三極管起到了開(kāi)關(guān)的作用，一般應(yīng)用在數(shù)字電路中。?
如圖所示：
對(duì)于PNP而言，當(dāng)Ue》Ub》Uc，即集電極反偏、發(fā)射極正偏，處于放大狀態(tài)；當(dāng)Ue》Ub且Uc》Ub（這時(shí)候，Uc≈Ue），即集電極和發(fā)射極都正偏，處于飽和狀態(tài)。?
2.三極管的使用方法：?
我們經(jīng)常在單片機(jī)系統(tǒng)中連接三極管起到開(kāi)關(guān)的作用，經(jīng)典電路如下圖所示：
如果在單片機(jī)系統(tǒng)中出現(xiàn)三極管時(shí)，那么該三極管大多數(shù)甚至幾乎全部情況下都會(huì)處于開(kāi)-關(guān)狀態(tài)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的都是數(shù)字量，要么是0，要么是1，不可能出現(xiàn)別的情況。因此對(duì)應(yīng)的三極管也要么開(kāi)通，要么關(guān)斷。?
在上面電路中，如果按照開(kāi)始時(shí)說(shuō)的三極管狀態(tài)的判別方法，是不行的。因?yàn)閏點(diǎn)得工作電壓是不確定的（實(shí)際上在真正的電路中c點(diǎn)電壓是確定的，但是從電路圖中我們看不出來(lái)）。真正的判斷方法如下：當(dāng)I/0引腳為高電平時(shí)，b點(diǎn)基極的電流是一定的，那么c點(diǎn)電流也是一定的，而且是處在了三極管的飽和區(qū)，因此b點(diǎn)的電壓為0.7v，三極管導(dǎo)通，則c點(diǎn)的電壓與e點(diǎn)壓相同（比e點(diǎn)略大，約為0.5v，即為Uce），即OUT（輸出端處于低電平）端為低電平狀態(tài)。當(dāng)I/0引腳為低電平時(shí)，NPN三極管斷開(kāi)，c-e之間不導(dǎo)通，那么此時(shí)c點(diǎn)（OUT）電位為高電平即VCC電壓。這從而達(dá)到了用單片機(jī)引腳來(lái)控制Vcc的效果。?
綜上所述：當(dāng)I/O為高電平，b-e之間有電壓，三極管導(dǎo)通，c-e管壓降小，OUT為低電平（≈0.5）；當(dāng)I/O為低電平時(shí)，b-e之間沒(méi)電壓，三極管關(guān)斷，c-e管壓降非常大，OUT為高電平=Vcc；?
上面就是NPN的使用方法。我們可以這么理解：在使用NPN時(shí)，要盡可能將e端接地，當(dāng)b端比e端至少高0.7v時(shí)，管子導(dǎo)通；否則管子斷開(kāi)。?
同理，我們可以得出PNP三極管的使用電路和方法：
PNP三極管是通過(guò)比較e-b之間的電壓，來(lái)決定e-c之間的導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)e端電壓》b端電壓+0.7v，則管子e-c導(dǎo)通，c端電壓接近e端電壓；否則，管子斷開(kāi)。?
上圖所示，當(dāng)I/O為高電平時(shí)（+5v），管子關(guān)閉，OUT輸出為低電平即0v；當(dāng)I/O為低電平時(shí)（0v），b端電壓低于e端電壓，則管子導(dǎo)通，OUT輸出為≈5v，即為高電平。實(shí)際上，此時(shí)e-b端為0.7v，b端電壓為4.3v，I/O電壓為0v。從而達(dá)到了用單片機(jī)端口來(lái)控制OUT的結(jié)果。?
上面就是PNP的使用方法。我們可以這么理解：在使用PNP時(shí)，要盡可能將e端接電源，當(dāng)e端比b端至少高0.7v時(shí)，管子導(dǎo)通；否則管子斷開(kāi)。?
注意：不管是PNP還是NPN，當(dāng)管子導(dǎo)通了之后，e-b（PNP）和b-e（NPN）之間的電壓為0.7v（硅材料）。jQuery18307209501937375047_1560907306908
最終總結(jié)：通過(guò)上述，判斷NPN和PNP通斷情況，就是要看e-b（PNP）和b-e（NPN）之間的電壓大小情況。三極管導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于c-e導(dǎo)通的。
PNP型的三極管使用方法
常見(jiàn)的三極管為9012、s8550、9013、s8050.單片機(jī)應(yīng)用電路中三極管主要的作用就是開(kāi)關(guān)作用。其中9012與8550為pnp型三極管，可以通用。其中9013與8050為npn型三極管，可以通用。PNP與NPN兩種三極管各引腳的表示：
三極管在我們數(shù)字電路和模擬電路中都有大量的應(yīng)用，在我們開(kāi)發(fā)板上也用了多個(gè)三極管。在我們板子上的 LED 小燈部分，就有這個(gè)三極管的應(yīng)用了，圖 3-5 的 LED 電路中的 Q16就是一個(gè) PNP 型的三極管。
圖 3-5 LED 電路
三極管的初步認(rèn)識(shí)三極管是一種很常用的控制和驅(qū)動(dòng)器件，常用的三極管根據(jù)材料分有硅管和鍺管兩種，原理相同，壓降略有不同，硅管用的較普遍，而鍺管應(yīng)用較少，本課程就用硅管的參數(shù)來(lái)進(jìn)行講解。三極管有 2 種類型，分別是 PNP 型和 NPN 型。先來(lái)認(rèn)識(shí)一下，如圖 3-6。
圖 3-6 三極管示意圖
三極管一共有 3 個(gè)極，從圖 3-6 來(lái)看，橫向左側(cè)的引腳叫做基極（base），中間有一個(gè)箭頭，一頭連接基極，另外一頭連接的是發(fā)射極 e（emitter），那剩下的一個(gè)引腳就是集電極 c（collector）了。這是必須要記住的內(nèi)容，死記硬背即可，后邊慢慢用的多了，每次死記硬背一次，多次以后就會(huì)深入腦海了。
三極管的原理三極管有截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)。放大狀態(tài)主要應(yīng)用于模擬電路中，且用法和計(jì)算方法也比較復(fù)雜，我們暫時(shí)用不到。而數(shù)字電路主要使用的是三極管的開(kāi)關(guān)特性，只用到了截止與飽和兩種狀態(tài)，所以我們也只來(lái)講解這兩種用法。三極管的類型和用法我給大家總結(jié)了一句口訣，大家要把這句口訣記牢了：箭頭朝內(nèi) PNP，導(dǎo)通電壓順箭頭過(guò)，電壓導(dǎo)通，電流控制。下面我們一句一句來(lái)解析口訣。大家可以看圖 3-6，三極管有 2 種類型，箭頭朝內(nèi)就是PNP，那箭頭朝外的自然就是 NPN 了，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)實(shí)際電路的需求來(lái)選擇到底用哪種類型，大家多用幾次也就會(huì)了，很簡(jiǎn)單。三極管的用法特點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)在于 b 極（基極）和 e 級(jí)（發(fā)射極）之間的電壓情況，對(duì)于PNP 而言，e 極電壓只要高于 b 級(jí) 0.7V 以上，這個(gè)三極管 e 級(jí)和 c 級(jí)之間就可以順利導(dǎo)通。也就是說(shuō)，控制端在 b 和 e 之間，被控制端是 e 和 c 之間。同理，NPN 型三極管的導(dǎo)通電壓是 b 極比 e 極高 0.7V，總之是箭頭的始端比末端高 0.7V 就可以導(dǎo)通三極管的 e 極和 c 極。這就是關(guān)于“導(dǎo)通電壓順箭頭過(guò)，電壓導(dǎo)通”的解釋，我們來(lái)看圖 3-7。
圖 3-7 三極管的用法
我們以圖 3-7 為例介紹一下。三極管基極通過(guò)一個(gè) 10K 的電阻接到了單片機(jī)的一個(gè) IO口上，假定是 P1.0，發(fā)射極直接接到 5V 的電源上，集電極接了一個(gè) LED 小燈，并且串聯(lián)了一個(gè) 1K 的限流電阻最終接到了電源負(fù)極 GND 上。如果 P1.0 由我們的程序給一個(gè)高電平 1，那么基極 b 和發(fā)射極 e 都是 5V，也就是說(shuō) e到 b 不會(huì)產(chǎn)生一個(gè) 0.7V 的壓降，這個(gè)時(shí)候，發(fā)射極和集電極也就不會(huì)導(dǎo)通，那么豎著看這個(gè)電路在三極管處是斷開(kāi)的，沒(méi)有電流通過(guò)，LED2 小燈也就不會(huì)亮。如果程序給 P1.0 一個(gè)低電平 0，這時(shí) e 極還是 5V，于是 e 和 b 之間產(chǎn)生了壓差，三極管 e 和 b 之間也就導(dǎo)通了，三極管 e 和 b 之間大概有 0.7V 的壓降，那還有（5-0.7）V 的電壓會(huì)在電阻 R47 上。
這個(gè)時(shí)候，e 和 c 之間也會(huì)導(dǎo)通了，那么 LED 小燈本身有 2V 的壓降，三極管本身 e 和 c 之間大概有 0.2V的壓降，我們忽略不計(jì)。那么在 R41 上就會(huì)有大概 3V 的壓降，可以計(jì)算出來(lái)，這條支路的電流大概是 3mA，可以成功點(diǎn)亮 LED。最后一個(gè)概念，電流控制。前邊講過(guò)，三極管有截止，放大，飽和三個(gè)狀態(tài)，截止就不用說(shuō)了，只要 e 和 b 之間不導(dǎo)通即可。我們要讓這個(gè)三極管處于飽和狀態(tài)，就是我們所謂的開(kāi)關(guān)特性，必須要滿足一個(gè)條件。三極管都有一個(gè)放大倍數(shù)β，要想處于飽和狀態(tài)，b 極電流就必須大于 e 和 c 之間電流值除以β。這個(gè)β，對(duì)于常用的三極管大概可以認(rèn)為是 100。
那么上邊的 R47 的阻值我們必須要來(lái)計(jì)算一下了。剛才我們算過(guò)了，e 和 c 之間的電流是 3mA，那么 b 極電流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA，大概有 4.3V 電壓會(huì)落在基極電阻上，那么基極電阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K。電阻值只要比這個(gè)值小就可以，當(dāng)然也不能太小，太小會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)的 IO 口電流過(guò)大燒壞三極管或者單片機(jī)，STC89C52 的 IO 口輸入電流最大理論值是 25mA，我推薦不要超過(guò) 6mA，我們用電壓和電流算一下，就可以算出來(lái)最小電阻值，我們圖 3-7 取的是經(jīng)驗(yàn)值。 |
