初识三极管及应用

三极管在我们数字电路和模拟电路中都有大量的应用，学好它对学习硬件电路与单片机都有很大的帮助。

一、初识三极管

晶体三极管也称晶体管或三极管，它是电子产品中应用相当广泛的半导体器件之一，三极管是一种很常用的控制和驱动器件，常用的三极管根据材料分有硅管和锗管两种，原理相同，压降略有不同，硅管用的较普遍(本文例子也使用硅管)，而锗管应用较少，并且三极管还分为两种类型，分别是 PNP 型和 NPN 型。如下图所示：

三极管的内部是根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，发射区与基区间的PN结称为发射结，基区与集电区的PN结称为集电结。

二、三极管的应用

三极管有截止、放大、饱和三种工作状态，放大状态主要应用于模拟电路中，而数字电路主要使用的是三极管的开关特性，只用到了截止与饱和两种状态，我们就先来讲解这两种状态。下面先来看一个图片：

从图中可以三极管箭头朝内，所以可以判断三极管类型是PNP型，e极(发射极)直接接5V拉高，c极(集电极)接LED小灯并与一个电阻相连在接地，b极(基极)通过一个10k的电阻与单片机P1.0口相连。

对于PNP 而言，e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上，这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。也就是说，控制端在 b 和 e 之间，被控制端是 e 和 c 之间。同理，NPN 型三极管的导通电压是 b 极比 e 极高 0.7V，总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。

那么如果 P1.0 口输出一个高电平 1，那么基极 b 和发射极 e 都是 5V，也就是说 e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降，这个时候，发射极和集电极也就不会导通，那么就是说这个电路在三极管处是断开的，没有电流通过，LED 小灯也就不会亮。如果P1.0口输出一个低电平 0，这时 e 极还是 5V，于是 e 和 b 之间产生了压差，三极管 e 和 b 之间也就导通了，三极管 e 和 b 之间大概有 0.7V 的压降，那还有(5-0.7)V 的电压会在电阻 R1 上。

这个时候，e 和 c 之间也会导通了，那么 LED 小灯本身有 2V 的压降，三极管本身 e 和 c 之间大概有 0.2V的压降(忽略不计)。那么在 R2 上就会有大概 3V 的压降，可以计算出来，这条支路的电流大概是 3mA，可以成功点亮 LED。

那么通过上面的例子应该很容易理解截止工作状态，只要 e 和 b 之间不导通即可。

下面我们要让这个三极管处于饱和工作状态，就是我们所谓的开关特性，这就必须满足一个条件，三极管都有一个放大倍数β，要想处于饱和状态，b 极电流就必须大于 e 和 c 之间电流值除以β。这个β，对于常用的三极管大概可以认为是 100。

那么上边的 R1的阻值我们必须要来计算一下了。刚才我们算过了，e 和 c 之间的电流是 3mA，那么 b 极电流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA，大概有 4.3V 电压会落在基极电阻上，那么基极电阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K，电阻值只要比这个值小就可以，当然也不能太小，太小会导致单片机的 IO 口电流过大烧坏三极管或者单片机。

接下来讲一下应用于模拟电路中的三极管放大工作状态，还是一样，先看下图：

那么我们在来看一下晶体管的输出特性曲线图：