晶体管

晶体管是一个简单的组件，您可以使用它来构建许多有趣的项目。在本动手指南中，您将了解晶体管的工作原理，以便您可以在下一个电路中使用它们。

一旦你学习了基础知识，这实际上很容易。我们将重点介绍两种最常见的晶体管：BJT和MOSFET。

晶体管就像电子开关一样工作。它可以打开和关闭电流。一种简单的思考方法是将晶体管视为没有任何移动部件的继电器。从某种意义上说，晶体管类似于继电器，您可以使用它来打开和关闭某些东西。

但是晶体管也可以部分开启，这对于构建放大器很有用。

晶体管的工作原理 (BJT)

让我们从经典的 NPN 晶体管开始。它是一个双极结型晶体管 (BJT)，具有三条腿：

• 基地 (b)

• 收集器 (c)

• 发射器 (e)

如果打开它，电流可以从集电极流向发射极。当它关闭时，没有电流可以流动。

在下面的示例电路中，晶体管处于关闭状态。这意味着没有电流可以流过它，因此发光二极管 (LED)也处于关闭状态。

要打开晶体管，您需要在基极和发射极之间施加大约 0.7V 的电压。

如果你有一个 0.7V 的电池，你可以把它连接在基极和发射极之间，晶体管就会打开。

既然我们大多数人没有 0.7V 的电池，我们如何打开晶体管呢？

简单！晶体管的基极到发射极部分就像二极管一样工作。二极管具有正向电压，它从可用电压中“获取”。如果串联添加一个电阻器，则电阻器上的其余电压会下降。

因此，通过添加一个电阻器，您将自动获得 0.7V 左右的电压。

这与您用来限制通过 LED 的电流以确保它不会爆炸的原理相同。

如果您还添加一个按钮，您可以控制晶体管，从而通过一个按钮控制 LED 的开和关：

选择组件值

要选择组件值，您还需要了解有关晶体管工作原理的另一件事：

当电流从基极流向发射极时，晶体管导通，从而更大的电流可以从集电极流向发射极。

两个电流的大小之间存在联系。这称为晶体管的增益。

对于通用晶体管，例如 BC547 或 2N3904，这可能是 100 左右。

这意味着，如果从基极流向发射极的电流为 0.1 mA，则从集电极流向发射极的电流为 10 mA（100 倍以上）。

R1 需要什么电阻值才能获得 0.1mA 电流？

如果电池电压为 9V，而晶体管的基极到发射极电压为 0.7V，那么电阻上的电压为 8.3V。

您可以使用欧姆定律找到电阻值：

欧姆定律三角形

所以你需要一个 83 kΩ 的电阻。这不是标准值，但 82 kΩ 是，而且已经足够接近了。

R2 用于限制 LED 的电流。如果您将 LED 和电阻器直接连接到 9V 电池而不使用晶体管，您可以选择您会选择的值。例如，1 kΩ 应该可以正常工作。

MOSFET晶体管的工作原理

MOSFET晶体管是另一种非常常见的晶体管类型。它还具有三个引脚：

• 栅极（g）

• 源极（s）

• 漏极（d）

MOSFET 符号（N 沟道）

MOSFET 的工作原理类似于 BJT 晶体管，但有一个重要区别：

在BJT 晶体管中，从基极到发射极的电流决定了可以从集电极流向发射极的电流量。

在MOSFET 晶体管中，栅极和源极之间的电压决定了多少电流可以从漏极流向源极。

示例：如何开启 MOSFET

下面是一个用于打开 MOSFET 的示例电路。

要打开 MOSFET 晶体管，您需要栅极和源极之间的电压高于晶体管的阈值电压。例如，BS170 的栅源阈值电压为 2.1V。（您可以在数据表中找到此信息）。

MOSFET 的阈值电压实际上是它关闭的电压。所以要正确打开晶体管，你需要一个比这高一点的电压。

高多少取决于您希望流过多少电流（您可以在数据表中找到该信息）。如果你的电压比阈值高几伏，这对于打开 LED 之类的低电流操作来说通常绰绰有余。

请注意，即使您使用足够高的电压来使 1A 电流流动，也不意味着您将获得 1A。这只是意味着如果你愿意，你可以让 1A 流动。但决定实际电流的是你连接到它的任何东西。

因此，只要确保不超过最大栅源电压限制（BS170 为 20V），您就可以随心所欲。

在上面的示例中，当您按下按钮时，栅极连接到 9V。这会打开晶体管。

选择组件值

R1 的值并不重要，但大约 10 kΩ 应该可以正常工作。其目的是关闭 MOSFET（更多内容见下文）。

R2 设置 LED 的亮度。对于大多数 LED，1 kΩ 应该可以正常工作。

Q1 几乎可以是任何 n 沟道 MOSFET，例如 BS170。

如何关闭 MOSFET？

了解 MOSFET 的一件重要事情是它也有点像电容器。即栅源部分。当您在栅极和源极之间施加电压时，该电压会一直保持在那里，直到它被放电。

如果没有上例中的电阻器 (R1)，晶体管将不会关闭。有了电阻，栅源电容就有了放电路径，使晶体管再次关闭。

如何选择 MOSFET 晶体管

上述示例使用N 沟道MOSFET。P 沟道MOSFET 的工作方式相同，只是电流以相反的方向流动，并且栅极到源极的电压必须为负才能将其打开。

有数千种不同的 MOSFET 可供选择。但是如果你想构建上面的示例电路并想要一个具体的建议，BS170 和 IRF510 是两个常见的。

选择 MOSFET 时要记住两点：

• 栅源阈值电压。您需要高于此电压才能打开晶体管。

• 连续漏极电流。这是可以流过晶体管的最大电流量。

还有其他重要的参数需要记住，这取决于你在做什么。但这超出了本文的范围。记住上面的两个参数，你会有一个很好的起点。

MOSFET 栅极电流

如果您想从例如 Arduino 或 Raspberry Pi 控制 MOSFET，您需要记住另一件事；打开晶体管时流入栅极的电流。

如上所述，MOSFET 的栅极到源极充当电容器。

这意味着一旦它被充电，就没有更多的电流流过它。因此，当 MOSFET 开启时，没有电流流过栅极。

但是当 MOSFET 被打开时，就会有电流，就像给电容器充电一样。在一小部分时间内，可能会有大量电流流动。

为了保护您的 Arduino（或您正在使用的任何东西）免受过多电流的影响，您需要添加一个MOSFET 栅极电阻器：

使用欧姆定律来检查您的具体情况：通常 1000 Ω 是一个足够好的值。

1、我认为电流从负流向正，你的图表是倒退的吗？

答：电子从负极流向正极，而不是电流。这可能有点令人困惑。

2、我认为电子是推动电流通过电路的电动势。那是我困惑的地方吗？

答：

电压是推动电流的电动势。

从负向正移动的电子通常构成电流，但并非总是如此。有时，例如在半导体中，电荷载流子会朝相反的方向移动。

无论如何，无论粒子以何种方式流动，它都会导致电荷向一个方向流动。这就是它的电流——电荷流。

如果负电荷（如电子）从负电荷流向正电荷，它的行为与正电荷从正电荷流向负电荷完全一样。

但要记住的重要一点是，您决定以哪种方式考虑当前并不重要：

如果你愿意，你可以选择跟随电子流并将电流视为从负流向正的东西，你会得到与将电流从正流向负的人完全相同的结果——只要你坚持始终同一个方向。

3、我的问题：晶体管的唯一作用是充当开关或放大器，为什么必须在电路中使用它？

答：晶体管可以用作开关或放大器。稍后我会在一些文章中写关于放大器的案例。但基本上晶体管不必只是开或关，它也可以介于两者之间:)

4、我只是想知道你在电路中使用了晶体管，因为它需要两个电源，然后这也是一种浪费。是否有必要在设备中使用它。而且我觉得理解你的视频很复杂。

答：假设您有一个带有光传感器的微控制器。微控制器通常在 3.3 或 5 伏电压下运行。假设您想在传感器感应到光时打开直流电机。直流电机可能需要 12 伏的电压才能运行，而微控制器无法提供该电压。因此，您可以将微控制器信号线连接到晶体管的基极，晶体管的集电极和发射极连接到带有电机的 12 伏电路。现在，当光传感器被激活时，微控制器会向晶体管发送一个小电压，从而激活 12 伏电机电路。

1、我非常喜欢这篇文章，我对晶体管感到非常困惑，这有助于澄清问题。我唯一的问题是晶体管的种类太多了，我想知道它们之间是否真的有那么大的区别。

答：

不同类型之间的区别主要是细节，例如它们可以处理多少电流，打开它们需要多少电压，它们可以多快打开和关闭 +++

但它们的工作方式相同。

而且你有“倒置”类型的晶体管，它不是在基极上没有电压时关闭而在有电压时打开，而是相反。

2、我们正在做压电板上的项目来为手机充电。它们产生足够的电压，但微安培的电流非常低。我们可以在这里使用晶体管来放大电流吗？

答：您需要为晶体管提供电流，它不会神奇地为您提供更多电流。但是可以用来自极板的电压为电容器充电，使用电容器为您正在充电的任何东西提供电流。

3、电流可以从集电极流向基极还是仅从集电极流向发射极？

答：NPN 晶体管中的电流从基极流向发射极，从集电极流向发射极。不是从收藏家到基地。

4、当我使用 1.5v 的电池为晶体管供电时会发生什么，以及如何组合电阻以获得所需的 0.7v？

答：实际上基极-发射极连接是一个二极管。只要你有足够的电压，二极管就会得到它自己的二极管电压。将一个电阻器与基极串联，其余电压将下降到电阻器上。

5、你能用另一个晶体管替换电路中给出的晶体管吗？

答：可以。但是您必须将其替换为相同的类型（NPN 与 NPN，PNP 与 PNP）。如果它不仅仅是一个通用晶体管，您需要确保您的替换晶体管能够处理可能的任何电路要求（例如电流或速度）。

1、所以我一直在研究晶体管，我了解了它的基础知识，但我不明白为什么你需要在电路中使用它作为开关，为什么不直接使用开关。我也了解放大的用途，但对我来说，晶体管作为开关似乎是多余的。你能澄清一下吗？

答：如果您使用机械开关，则需要用手手动更改开关的位置。通过使用晶体管，您可以用电改变“开关的位置”。

2、我现在清楚地了解晶体管是什么以及如何工作的。但是我有一个问题：为什么你将晶体管放置在 LED 和电阻器之后？

答：如果您之前有 LED 和电阻器，则晶体管的发射极将有 0V。这意味着基极上的 0.7V 将打开晶体管。如果之后有 LED 和电阻器，则需要在底座上有 0.7V + 电阻器和 LED 的电压。这不是一个真正的问题，但如果他们以前的话，一切都会容易得多。

3、晶体管可以只有两个端子吗？我正在尝试识别一个看起来像晶体管但只有两条腿的特定组件。

答：不，晶体管有三个端子

4、NPN和PNP在应用上有什么区别？是电流方向吗？是否需要从基极到发射极施加相同的 0.7V 才能打开晶体管？谢谢你。

答：是的，电流方向相反。它是相同的 0.7V，但由于电流相反，基极需要比发射极少 0.7V 来打开晶体管。

5、晶体管中允许从集电极流到发射极的电流限制是多少？

答：这取决于晶体管。对于通用晶体管，大约 100 mA 是正常的。但是，你有可以处理更多的晶体管。

1、感谢您的精彩解释。继续为我们提供易于理解的解释。我的问题是；我们可以将晶体管放置在电路中的另一个位置，例如在 9v 和 LED 之间吗？并得到相同的结果？

答：是的，这是可能的。但是基极和发射极之间需要 0.7V，并且使用新设置，您不再知道发射极上的电压是多少。因此，您很难计算出基座的电压。

2、感谢您的精彩解释。真的有帮助！！！我的问题：由于LED在电流流动的电阻之前，它不会因为高压而烧毁。我们不应该把电阻放在 LED 之前吗

答：电阻器减少了整个电路中的电流。就像您挤压花园软管时，整个软管中的水流较少，而不仅仅是在您挤压的位置之后。

3、当使用没有 a 和仪表的晶体管时，如何确定发射极、基极和集电极？

答：您可以在一个简单的电路中进行设置并尝试直到找到正确的引脚设置。

4、请删除我以前的帖子，因为该帖子是更新的校对版本。

我还不明白晶体管如何用作放大器。我也在尝试学习如何解释原理图。这是我从你的例子中看到的：

我看到两个子电路。第一个包含带有晶体管基极和发射极的 0.7 V DC 电池，其功能相当于二极管。在第二个子电路中，我们有 9 伏电池、LED、电阻器和整个晶体管。第一个子电路是另一个子电路的开/关开关。我认为开/关基本上是一个无限长的脉冲，只有当电池失去足够的电量以低于 0.7 V 阈值或电池断开连接时才会终止。当开关打开时，第二个子电路也是如此。第二个子电路让 9 伏直流电通过或根本不通过。（关于这方面的问题将推迟到最后。）。我们有一个数学问题，我们需要在 R1 中有足够的电阻来防止 L1 和可能的 Q1 油炸。因此，我们需要知道 LED 是由什么材料制成的（是否有适用于所有不同半导体的通用表？）。给定 9 伏特、LED 材料和晶体管（有晶体管表吗？），您如何计算 R1。

至于放大器问题，即之前推迟的问题，如果我们用交流电代替 0.7 伏直流电会怎样？我们得到方波吗？我真的看不到该电路将 0.7 伏交流正弦波放大为 9 伏交流正弦波。

答：看来您对该电路有很好的了解。

你说得对，我们需要在 R1 中有足够的电阻来防止 L1 被炸。Q1 可以处理比 LED 更多的电流，所以只要我们保证 LED 安全，晶体管就会安全。

在这个电路中，可以简化并说晶体管中的电阻为零。这意味着您可以查看 LED 和电阻器，就好像它们直接连接到 9V 电池并计算正确的电阻。

如果您用交流电源更换 0.7V 电池，您将不会得到方波。晶体管可以在不同的区域工作。因此，如果您以电压在特定点附近变化的方式设置晶体管，您将得到一个放大器。为此，您需要将晶体管设置为“有源区”。

5、如果 BJT 接收到超过 0.7V 会发生什么？

答：它会被损坏。