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晶體管的工作原理
晶體管的工作原理
晶體管就像電子開關(guān)一樣工作。它可以打開和關(guān)閉電流。一種簡單的思考方法是將晶體管視為沒有任何活動(dòng)部件的繼電器。晶體管在某種意義上類似于繼電器，您可以使用它來打開和關(guān)閉某物。
但是晶體管也可以部分導(dǎo)通，這對(duì)于構(gòu)建放大器非常有用。
晶體管的工作原理（NPN型）
讓我們從經(jīng)典的NPN晶體管開始。它具有三條腿：
基數(shù)（b）
集電極（c）
發(fā)射極（e）
如果將其打開，則電流可以從集電極流到發(fā)射極。關(guān)閉時(shí)，沒有電流流過。
在下面的示例電路中，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。這意味著沒有電流可以流過，因此發(fā)光二極管（LED）也處于關(guān)閉狀態(tài)。
為了使晶體管導(dǎo)通，在基極和發(fā)射極之間需要大約0.7V的電壓。
如果您有一個(gè)0.7V的電池，則可以將其連接在基極和發(fā)射極之間，并且晶體管將導(dǎo)通。
由于我們大多數(shù)人都沒有0.7V電池，我們?nèi)绾未蜷_晶體管？
簡單的！晶體管的基極-發(fā)射極部分就像二極管一樣工作。二極管的正向電壓會(huì)從可用電壓中“捕獲”。如果串聯(lián)增加一個(gè)電阻，則其余的電壓會(huì)在電阻兩端下降。
因此，通過添加一個(gè)電阻器，您將自動(dòng)獲得0.7V左右的電壓。
這與限制流經(jīng)LED的電流以確保其不會(huì)爆裂的原理相同。
如果還添加一個(gè)按鈕，則可以通過一個(gè)按鈕控制晶體管，從而控制LED的ON和OFF：
選擇組件值
要選擇組件值，還需要了解晶體管的工作原理：
當(dāng)電流從基極流向發(fā)射極時(shí)，晶體管導(dǎo)通，因此更大的電流可以從集電極流向發(fā)射極。
兩種電流的大小之間存在聯(lián)系。這稱為晶體管的增益。
對(duì)于通用晶體管，例如BC547或2N3904，可能約為100。
這意味著，如果從基極流向發(fā)射極的電流為0.1 mA，則從集電極流向發(fā)射極的電流為10 mA（多于100倍）。
R1獲得0.1mA電流需要什么電阻值？
如果電池的電壓為9V，而晶體管的基極-發(fā)射極的電壓為0.7V，則電阻兩端還剩下8.3V。
您可以使用歐姆定律找到電阻值：
歐姆定律三角形
因此，您需要一個(gè)83kΩ的電阻。這不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，但是是82kΩ，已經(jīng)足夠接近了。
R2用來限制流向LED的電流。如果將LED和電阻器直接連接到9V電池而不使用晶體管，則可以選擇要選擇的值。例如，1kΩ應(yīng)該可以正常工作。
如何選擇晶體管
NPN晶體管是雙極結(jié)型晶體管（BJT）中最常見的晶體管。但是還有一個(gè)叫做PNP晶體管的晶體管以相同的方式工作，只是所有電流都在相反的方向上。
選擇晶體管時(shí)，要記住的最重要的事情是晶體管可以支持多少電流。這稱為集電極電流（IC）。
MOSFET晶體管的工作原理
MOSFET晶體管是另一種非常常見的晶體管。它還具有三個(gè)引腳：
門（g）
來源
排水（d）
MOSFET符號(hào)（N溝道）
MOSFET的工作原理類似于NPN晶體管，但有一個(gè)重要區(qū)別：
在NPN晶體管中，從基極到發(fā)射極的電流決定了從集電極到發(fā)射極的電流量。
在MOSFET晶體管中，柵極和源極之間的電壓決定了多少電流可以從漏極流到源極。
示例：如何導(dǎo)通MOSFET
以下是用于導(dǎo)通MOSFET的示例電路。
R1的值并不重要，但是大約10kΩ應(yīng)該可以正常工作。R2設(shè)置LED的亮度。1kΩ對(duì)于大多數(shù)LED來說應(yīng)該可以正常工作。Q1幾乎可以是任何n溝道MOSFET，例如BS170。
要打開MOSFET晶體管，柵極和源極之間的電壓必須高于晶體管的閾值電壓。例如，BS170的柵源閾值電壓為2.1V。
MOSFET的閾值電壓實(shí)際上是它關(guān)斷時(shí)的電壓。因此，要正確導(dǎo)通晶體管，您需要的電壓要比該電壓高一點(diǎn)。
高多少取決于您要流多少電流（您會(huì)在數(shù)據(jù)表中找到該信息）。如果您將電壓升至高于閾值的幾伏，通常對(duì)于打開LED等低電流事件來說已經(jīng)足夠了。
請(qǐng)注意，即使您使用足夠高的電壓以使1A電流流過，也并不意味著您將獲得1A。這只是意味著如果您愿意，您可以流過1A電流。但是，只要您連接到它，就可以確定實(shí)際電流。
因此，只要確保不超過最大柵極-源極電壓限制（對(duì)于BS170為20V），您就可以根據(jù)需要提高電壓。
在上面的示例中，按下按鈕時(shí)，柵極連接到9V。這將晶體管導(dǎo)通。
如何關(guān)斷MOSFET？
了解MOSFET的一件重要事情是它的作用有點(diǎn)像電容器。即，柵極-源極部分。在柵極和源極之間施加電壓時(shí)，該電壓會(huì)一直保持在那里直到放電。
在上面的示例中，如果沒有電阻（R1），晶體管將不會(huì)關(guān)閉。使用電阻器，柵極-源極電容器就有一條放電路徑，從而使晶體管再次截止。
如何選擇MOSFET晶體管
上面的示例使用了一個(gè)N溝道MOSFET。P溝道MOSFET的工作方式相同，只是電流沿相反的方向流動(dòng)，并且柵極至源極的電壓必須為負(fù)才能將其導(dǎo)通。
有成千上萬種不同的MOSFET可供選擇。但是，如果您要構(gòu)建上面的示例電路并需要具體建議，BS170和IRF510是兩個(gè)共同點(diǎn)。
選擇MOSFET時(shí)要牢記兩件事：
的柵極-源極閾值電壓。您需要高于此電壓的電壓才能導(dǎo)通晶體管。
在連續(xù)漏電流。這是可以流過晶體管的最大電流量。
還有其他一些重要的參數(shù)要牢記，具體取決于您要進(jìn)行的操作。但這超出了本文的范圍。記住上面的兩個(gè)參數(shù)，您將有一個(gè)很好的起點(diǎn)。
為什么需要晶體管？
我得到的一個(gè)常見問題是為什么我們需要晶體管？為什么不將LED和電阻器直接連接到電池？
晶體管的優(yōu)點(diǎn)是可以使用較小的電流或電壓來控制較大的電流和電壓。
如果您想通過Raspberry Pi / Arduino /微控制器控制諸如馬達(dá)，大功率LED，揚(yáng)聲器，繼電器等之類的東西，那將非常有用。這些板的輸出引腳通常在5V時(shí)只能提供幾毫安的電流。因此，如果您想控制110V室外露臺(tái)燈，則不能直接通過引腳進(jìn)行控制。
但是，即使繼電器通常也需要比引腳可提供的電流更多的電流。因此，您需要一個(gè)晶體管來控制繼電器：
將電阻器的左側(cè)連接到輸出引腳，以控制繼電器
但是晶體管對(duì)于更簡單的傳感器電路（例如此光傳感器電路，觸摸傳感器電路或H橋電路）也很有用。
我們幾乎在所有電路中都使用晶體管。它實(shí)際上是電子產(chǎn)品中最重要的組件。
晶體管作為放大器
晶體管也是使放大器工作的原因。不僅僅是兩個(gè)狀態(tài)（ON / OFF），它還可以在“完全打開”和“完全關(guān)閉”之間的任何位置。
這意味著幾乎沒有能量的小信號(hào)可以控制晶體管，使其在晶體管的集電極-發(fā)射極（或漏極-源極）部分中產(chǎn)生更強(qiáng)的信號(hào)副本。從而，晶體管可以放大小信號(hào)。
下面是一個(gè)簡單的放大器，用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。輸入電壓越高，從基極到發(fā)射極的電流就越大，并且流經(jīng)揚(yáng)聲器的電流就越大。
輸入電壓的變化會(huì)使揚(yáng)聲器中的電流發(fā)生變化，從而產(chǎn)生聲音。
共射極放大器
通常，您將添加兩個(gè)以上的電阻來偏置晶體管。否則您會(huì)產(chǎn)生很多失真。