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单片机软件开发,离不开基本的硬件电路知识,而三极管在其中占据关键地位,不论是在数字电路,还是模拟电路,它的应用十分普遍。在模拟电路中,三极管的主要作用是放大信号,在数字电路中只要是利用其开关特性来控制、驱动其他器件。对于单片机软件开发者来说,主要是要熟悉三极管在数字电路中的应用。
三极管电路符号如图:
三极管分为NPN型和PNP型,它有3个极:基极(base)、集电极(collector)和发射极(emitter),有3种工作状态,分别是饱和、截止和放大。大一的模电学过的,
a. 放大: 发射极正偏,集电极反偏
b. 饱和: 发射极正偏,集电极正偏
c. 截止: 发射极反偏,集电极反偏
所谓正偏/反偏即是在pn结加上正向/反向的电压。
在实际电路中,
a. 放大: 三极管的发射极加正向电压,集电极加反向电压导通后,Ib控制Ic,它们近似于线性关系: 在基极加上一个小信号,电流,将会引起集电极有大信号电流输出
b. 饱和: 当三极管的集电极电流Ic增大到一定程序时,再增大Ib,Ic也不会增大,三极管进入饱和工作状态,饱和时,Ic最大,集电极和发射极间的内阻最小,导致电压Uce只有0.1V~0.3V(一般取0.2V),Uce小于be,发射极和集电极均处于正向电压。三极管无放大作用,集电极和发射极相当于短路。
c. 截止: Ube小于三极管的导通电压(硅管是0.7V),集电极和发射极相当于开路,Uce近似等于电源电压。
在数字电路中主要研究饱和、截止,这两种状态可看作是“开”、“关”两种状态。开/关状态取决于b极和e极的电压其实就是三极管电路符号的箭头两端的电压)。以硅管为例,对于NPN型,只要b极电压大于e极电压0.7V,则三极管开,否则关;对于PNP型,e极电压大于b极电压0.7V就开,否则关。在单片机系统中,三极管的使用场景一般是将b极接到单片机的GPIO,在原理图中,相当于GPIO控制箭头的尾部:箭尾比箭头大0.7V三极管开,否则关闭。