三极管使用详解

三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。

1. 三极管工作状态的判断方法： 

分析电路时，判断三极管的功能，如果能够知道该三极管三个管脚的电压和该三极管起得作用（放大还是开关），。对于NPN而言，如果Uc》Ub》Ue，该管处于放大状态，放大一定的电流，一般是在模拟电路中起了作用（此时Uce之间的电压是不确定的）；如果Ub》Ue，Ub》Uc，该管处于饱和状态，c-e之间导通，其管压降为0.3-0.7V，与截止区相对立，此时该三极管起到了开关的作用，一般应用在数字电路中。 

如图所示：

对于PNP而言，当Ue》Ub》Uc，即集电极反偏、发射极正偏，处于放大状态；当Ue》Ub且Uc》Ub（这时候，Uc≈Ue），即集电极和发射极都正偏，处于饱和状态。 

2.三极管的使用方法： 

我们经常在单片机系统中连接三极管起到开关的作用，经典电路如下图所示：

如果在单片机系统中出现三极管时，那么该三极管大多数甚至几乎全部情况下都会处于开-关状态。因为单片机输出的都是数字量，要么是0，要么是1，不可能出现别的情况。因此对应的三极管也要么开通，要么关断。 

在上面电路中，如果按照开始时说的三极管状态的判别方法，是不行的。因为c点得工作电压是不确定的（实际上在真正的电路中c点电压是确定的，但是从电路图中我们看不出来）。真正的判断方法如下：当I/0引脚为高电平时，b点基极的电流是一定的，那么c点电流也是一定的，而且是处在了三极管的饱和区，因此b点的电压为0.7v，三极管导通，则c点的电压与e点压相同（比e点略大，约为0.5v，即为Uce），即OUT（输出端处于低电平）端为低电平状态。当I/0引脚为低电平时，NPN三极管断开，c-e之间不导通，那么此时c点（OUT）电位为高电平即VCC电压。这从而达到了用单片机引脚来控制Vcc的效果。 

综上所述：当I/O为高电平，b-e之间有电压，三极管导通，c-e管压降小，OUT为低电平（≈0.5）；当I/O为低电平时，b-e之间没电压，三极管关断，c-e管压降非常大，OUT为高电平=Vcc； 

上面就是NPN的使用方法。我们可以这么理解：在使用NPN时，要尽可能将e端接地，当b端比e端至少高0.7v时，管子导通；否则管子断开。 

同理，我们可以得出PNP三极管的使用电路和方法：

PNP三极管是通过比较e-b之间的电压，来决定e-c之间的导通状态。当e端电压》b端电压+0.7v，则管子e-c导通，c端电压接近e端电压；否则，管子断开。 

上图所示，当I/O为高电平时（+5v），管子关闭，OUT输出为低电平即0v；当I/O为低电平时（0v），b端电压低于e端电压，则管子导通，OUT输出为≈5v，即为高电平。实际上，此时e-b端为0.7v，b端电压为4.3v，I/O电压为0v。从而达到了用单片机端口来控制OUT的结果。 

上面就是PNP的使用方法。我们可以这么理解：在使用PNP时，要尽可能将e端接电源，当e端比b端至少高0.7v时，管子导通；否则管子断开。 

注意：不管是PNP还是NPN，当管子导通了之后，e-b（PNP）和b-e（NPN）之间的电压为0.7v（硅材料）。  

最终总结：通过上述，判断NPN和PNP通断情况，就是要看e-b（PNP）和b-e（NPN）之间的电压大小情况。三极管导通时，相当于c-e导通的。

PNP型的三极管使用方法

常见的三极管为9012、s8550、9013、s8050.单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。其中9012与8550为pnp型三极管，可以通用。其中9013与8050为npn型三极管，可以通用。PNP与NPN两种三极管各引脚的表示：

三极管在我们数字电路和模拟电路中都有大量的应用，在我们开发板上也用了多个三极管。在我们板子上的 LED 小灯部分，就有这个三极管的应用了，图 3-5 的 LED 电路中的 Q16就是一个 PNP 型的三极管。

图 3-5 LED 电路

三极管的初步认识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，而锗管应用较少，本课程就用硅管的参数来进行讲解。三极管有 2 种类型，分别是 PNP 型和 NPN 型。先来认识一下，如图 3-6。

图 3-6 三极管示意图

三极管一共有 3 个极，从图 3-6 来看，横向左侧的引脚叫做基极（base），中间有一个箭头，一头连接基极，另外一头连接的是发射极 e（emitter），那剩下的一个引脚就是集电极 c（collector）了。这是必须要记住的内容，死记硬背即可，后边慢慢用的多了，每次死记硬背一次，多次以后就会深入脑海了。

三极管的原理三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。放大状态主要应用于模拟电路中，且用法和计算方法也比较复杂，我们暂时用不到。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，所以我们也只来讲解这两种用法。三极管的类型和用法我给大家总结了一句口诀，大家要把这句口诀记牢了：箭头朝内 PNP，导通电压顺箭头过，电压导通，电流控制。下面我们一句一句来解析口诀。大家可以看图 3-6，三极管有 2 种类型，箭头朝内就是PNP，那箭头朝外的自然就是 NPN 了，在实际应用中，要根据实际电路的需求来选择到底用哪种类型，大家多用几次也就会了，很简单。三极管的用法特点，关键点在于 b 极（基极）和 e 级（发射极）之间的电压情况，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。这就是关于“导通电压顺箭头过，电压导通”的解释，我们来看图 3-7。

图 3-7 三极管的用法

我们以图 3-7 为例介绍一下。三极管基极通过一个 10K 的电阻接到了单片机的一个 IO口上，假定是 P1.0，发射极直接接到 5V 的电源上，集电极接了一个 LED 小灯，并且串联了一个 1K 的限流电阻最终接到了电源负极 GND 上。如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 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，那么竖着看这个电路在三极管处是断开的，没有电流通过，LED2 小灯也就不会亮。如果程序给 P1.0 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 R47 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，我们忽略不计。那么在 R41 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。最后一个概念，电流控制。前边讲过，三极管有截止，放大，饱和三个状态，截止就不用说了，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。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 R47 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，STC89C52 的 IO 口输入电流最大理论值是 25mA，我推荐不要超过 6mA，我们用电压和电流算一下，就可以算出来最小电阻值，我们图 3-7 取的是经验值