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晶体管是一个简单的组件，可以使用它来构建许多有趣的电路。在本文中，将带你了解晶体管是如何工作的，以便你可以在后面的电路设计中使用它们。一旦你了解了晶体管的基本知识，这其实是相当容易的。我们将集中讨论两个最常见的晶体管： BJT 和 MOSFET 。 晶体管的工作原理就像电子开关，它可以打开和关闭电流。一个简单的思考方法就是把晶体管看作没有任何动作部件的开关，晶体管类似于继电器，因为你可以用它来打开或关闭一些东西。当然了晶体管也可以部分打开，这对于放大器的设计很有用。 1. 晶体管BJT的工作原理 让我们从经典的 NPN 晶体管开始。 下图是个双极结晶体管 (BJT) ，有三个引脚： · 基极 (B) · 集电极 (C) · 发射极 (E) 如果你打开它，电流可以通过它从集电极到发射极。当它关闭时，没有电流流过。 如下示例电路中，晶体管是关着的。这意味着没有电流可以通过它，所以发光二极管也被关闭了。 要打开晶体管，基极和发射极之间的电压约为 0.7V 。 如果你有一个 0.7V 的电池，你可以把它连接到基极和发射极之间，晶体管就会打开。 既然我们大多数人没有 0.7V 的电池，我们怎么打开晶体管？ 很简单！晶体管的基极到发射极部分的工作原理是二极管，二极管有一个正向电压，它会从可用电压中 “抓取”这部分电压。如果你在串联中加入一个电阻器，其余的电压就会在电阻器上分压。 因此，增加一个电阻器，你会自动获得 0.7V 左右。这和你通过 LED 限制电流确保它不会爆炸是一样的原理。 如果还添加了按键开关，则可以通过按键开关来控制晶体管，进而控制 LED ： 1.1 选择元器件的值 要选择元器件的值，还需要了解晶体管的工作原理：当电流从基极流向发射极时，晶体管打开，使更大的电流可以从集电极流向发射极。 这两种电流的大小是有联系的，这叫做晶体管的增益。 对于一般用途的晶体管，如 BC547 或 2N3904 ，这可能在 100 左右。 这意味着，如果你有 0.1mA 从基极流向发射极，你可以有 10 毫安 (100 倍以上 ) 从集电极到发射极。 你需要什么电阻值 R1 才能得到 0.1mA 的电流？ 如果电池是 9V ，晶体管的基极到发射极达到 0.7V ，那么电阻器上还有 8.3V 。 你可以用欧姆定律要找到电阻值： 所以你需要一个 83 k Ω的电阻。并不是说一定是这个标准值， 82 k Ω也可以，而且它已经足够了。 R2 可以将电流限制在 LED 上，可以选择没有晶体管时连接 LED 和电阻直接到 9V 电池时所用的阻值。比如， 1k Ω应该可以满足正常工作。 1.2 如何选择晶体管 NPN 晶体管是最常见的双极结晶体管 (BJT) 。但是还有一个叫做 PNP 晶体管和它的工作方式是一样的，只是所有的电流都在相反的方向。 在选择晶体管时，最重要的是要记住晶体管能承受多少电流。这叫做集电极电流 (iC) 。 2 MOSFET的工作原理 MOSFET 晶体管是另一种常见的晶体管。 它还有三个引脚： · Gate(G) · Source(S) · Drain(D) MOSFET 符号 (N 通道 ) MOS 的工作原理类似于 BJT 晶体管，但有一个重要的区别： 对于 BJT 晶体管，电流从一个基极到另一个发射极，决定了从集电极到发射极能流多少电流。 对于 MOSFET 晶体管，电压栅极和源极之间的电流决定了有多少电流能从漏极流向另一个源极。 2.1 如何打开MOSFET 下面是一个打开 MOSFET 的电路示例。 如果要打开 MOSFET 晶体管，需要在栅极和源极之间的电压高于晶体管的阈值电压。例如， BS170 有一个栅源阈值电压 2.1V 。 (Datasheet 中有注明 ) MOSFET 的阈值电压实际上是它关闭的电压。因此，要正确地打开晶体管，你需要一个稍高一点的电压。 电压多高取决于你想要通过多大的电流 ( 在 datasheet 中会有注明 ) 。如果你比阈值高出几伏，那通常对低电流的东西来说就足够了，比如打开一个 LED 。 请注意，即使你使用足够高的电压，可以使 1A 电流通过，这并不意味着你将得到 1A 。只是意味着你想让 1A 能通过，实际的电路连接特性才决定了实际的电流。 因此，你可以走到你想要的电流大小，只要你确保你不超过最大的栅极源电压限制 (BS170 是 20V) 。 在上面的例子中，当你按下按钮时，门被连接到 9V ，这打开了晶体管。 2.2 选择元器件的值 R1 的值并不重要，但大约 10k Ω应该可以正常工作，它的目的是关闭 MOSFET 。 R2 用来设置 LED 的亮度。对于大多数 LED 来说， 1k Ω应该工作得很好。 Q1 几乎可以是任何 N 沟道 MOSFET ，例如 BS170 。 2.3 如何关闭MOSFET 关于 MOSFET 的一件重要的特性是，它的作用也有点像电容器。即栅极和源极部分，当你在栅极和源极之间施加电压时，这个电压会一直保持到放电为止。 如果没有上面例子中的电阻 (R1) ，晶体管就不会关闭。有了电阻 R1 ，栅极源极电容就有了放电的闭环回路，从而使晶体管再次关闭。 2.4 如何选择MOSFET晶体管 上面的示例使用 N 通道 MOSFET 和 P 通道 MOSFET 的工作方式是一样的，只是电流流向相反的方向，并且栅极到电源电压必须是负值才能打开它。 有数千种不同的 MOSFET 可供选择。但如果你想建立上面的例子电路，并想要一个具体的建议， BS 170 和 IRF 510 是两个很常用的。 在选择 MOSFET 时要记住两件事： 这个栅 - 源阈值电压。你需要更高的电压才能打开晶体管。 这个连续漏电流。这是流经晶体管的最大电流。 还有其他重要的参数也需要记住，不过这取决于你在做什么。但这不在本文的范围之内。记住以上两个参数，您就有了一个很好的开始。 2.5 MOSFET栅电流 如果你想控制一个 MOSFET ，例如，单片机、 Arduino 或 Raspberry PI ，还有一件事你需要记住：当你打开晶体管时，流进栅极的电流。 如前所述， MOSFET 的栅到源充当电容器，这意味着一旦充电，就不会有更多的电流流过。因此，当 MOSFET 打开时，没有电流流过栅极。 但是当 MOSFET 刚被打开时有一个电流，就像你给电容器充电时一样。在极短时间内，可能会有大量的电流流动。 为了保护单片机不受过多电流的影响，需要添加一个 MOSFET 栅极电阻 : 对于这一点，通常 1000 Ω是一个很好的值。使用欧姆定律结合你的具体情况。 3 为什么需要晶体管 一个常见的问题是，为什么我们需要晶体管？为什么不把 LED 和电阻直接连接到电池上呢？ 晶体管的优点是你可以用较小的电流或电压来控制更大的电流和电压。 这是超级有用的，如果你想要控制的东西，如电机，大功率 LED ，扬声器，继电器，和更多来自一个覆盆子 PI/Arduino/ 微控制器。从这些板卡输出引脚通常只能提供几毫安在 5V 。因此，如果你想控制你的 110 V 室外露台灯，你不能直接从引脚供电。 相反，你可以通过继电器。但是，即使是继电器通常需要更多的电流比引脚所能提供的。所以你需要一个晶体管来控制继电器： 将电阻器的左侧连接到输出引脚 ( 从 Arduino 开始 ) 以控制继电器。 但是晶体管对于更简单的传感器电路也很有用，比如这个光传感器电路，触摸传感器电路，或 H 桥电路。 我们几乎在所有电路中都使用晶体管。它确实是电子学中最重要的部件。 4 晶体管作为放大器 晶体管也是使放大器工作的原因。它不只是两个状态 ( 开 / 关 ) ，它也可以在“完全打开”和“完全关闭”之间的任何位置。 这意味着一个几乎没有能量的小信号可以控制晶体管，在晶体管的集电极发射极 ( 或漏源 ) 部分产生更强的信号。因此，晶体管可以放大小信号。 下面是一个简单的放大器用来驱动扬声器。输入电压越高，从基极到发射极的电流越高，通过扬声器的电流越高。 不同的输入电压使扬声器中的电流发生变化，从而产生声音的高低。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

今天，开关电源将把 MOSFET 作为电源开关几乎是意料之中的事情。但在一些实例中，与 MOSFET 相比，双极性结式晶体管 (BJT) 可能仍然会有一定的优势。特别是在离线电源中，成本和高电压（大于 1kV）是使用 BJT 而非 MOSFET 的两大理由。 在低功耗（3W 及以下）反激式电源中，很难在成本上击败 BJT。大批量购买时，一个 13003 NPN 晶体管价格可低至 0.03 美元。该器件不仅可处理 700V VCE，而且无需过大的基流便可驱动几百毫安的电流。使用 BJT，增益和功率耗散可能会将实际使用限制在低功耗应用中。在这些低功耗标准下，MOSFET 与 BJT 之间的效率差异非常细微。下图 1 对比了两个相似 5V/1W 设计的效率。第一个设计是 PMP8968 使用 MOSFET，而另一个设计则是 PMP9059 使用 BJT。这并不是完全公平的对比，因为这两个电源在设计上采用不同的输入电压运行，但它说明了它们的效率有多相似。 图 1： PMP8968 MOSFET 设计与 PMP9059 BJT 设计的效率对比 有些新控制器实际是设计用于驱动 BJT 的，目的是提供最低成本的解决方案。在大多数情况下，具有外部 BJT 的控制器比包含集成型 MOSFET 的控制器便宜。在使用 BJT 控制器进行设计时，必须注意确保 BJT 的基极驱动与增益足以在变压器中提供必要的峰值电流。 在稍微偏高的功率级下，FET 与 BJT 的效率差异就会变得较为明显，原因在于 BJT 较差的开关特性与压降。但是，对于输入电压高于 100-240VAC 典型家用及商用电压范围的应用来说，BJT 可能仍有优势。工业应用与功率计就是这种情况的两个实例，它们可能需要更高的输入电压。价格合理的 MOSFET 只能用于 1kV 以下。在有些功率计应用中，线路电压可能会超过 480VACrms。在整流器后会达到 680Vdc 以上的电压。对于三相位输入，这一数字可能还会更高。电源开关需要能够承受这种电压以及反射输出电压与漏电峰值。在这些应用中，MOSFET 可能根本就无法作为选项，因此 BJT 就成了最简单、最低成本的解决方案（见 PMP9044，以下提供链接）。 我们之前讨论过，当功率级提高到 3W 以上时，BJT 中的开关损失可能就会成为大问题。使用级联连接来驱动 BJT 可以缓解这一问题。下图 2（摘自 PMP7040）是级联连接的工作情况。BJT (Q1) 的基极连接至 VCC 电轨，同时发射极被拉低用以打开开关。在 UCC28610 内部，一个低电压 MOSFET 将 DRV 引脚拉低，并由一个内部电流感应来安排峰值开关电流。由内部 MOSFET 实现快速关断，因为它与外部高电压 BJT 串联。 图 2：PMP7040 原理图展示级联连接的工作情况 原文请参见: http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2013/10/15/powerlab-notes-bjt-power-switches.aspx 来源：https://e2echina.ti.com/blogs_/b/power_house/posts/bjt

  2015年3月30日增加了下面的内容 ----------------------------------------------------------------------------------- 因为忙，看到大家的评论已经是很久以后的事情了， 这里要要感谢大家的评论， 特别要感谢杨老师( 模拟示波器 )，作为一个老师，一个传道授业解惑者他值得我们尊重，特别是解惑。 知识真正的有一个过程，可能并不是一帆风顺的，即使有很好的老师 进行传授也不见得你就能100%正确理解，更有甚者你一 开始就因为种种原因被带入了一个错误的方向， 但总已经有颗种子种在我的我内心，还不停的激荡我去思考， 虽然不见得他是正确的，但是只要他能冒出来就总是有机会被一次次 的修正。   我接受批评的人的批评，但是不太同意你们的做法，因为吐槽是容易的， 我们可以在微博上面，微信上面对任何事情随便吐槽，但同时他也是低 廉和易得的，和不太付责任的，在你吐槽的时候，麻烦你能不能 也查查书，查查资料，或者对于你已经了然于胸的知识像杨老师一样写 上几笔，告诉世界什么是正确的。   同时也依然打算保存这个错误， 第一，虽然他是个错误，他是我认真思考的结果，在这样的错误被修正后，我会有醍醐灌顶的感觉， 第二，对我个人是一种鞭策，世界很大我非常渺小，什么时候都不能放弃继续的摸索， 第三，可能会有人犯了和我一样的错误，他们会读到这样一篇非常符合心境的错误，并把他修正， 第四，我想对那些吐槽但是没有给出“自己”答案的人说：最大的可能你就是一个的盲从者， 你甚至都没有读完我写的东西，只是在扫了几眼，和看了评论后，就像你在微博或者微信上面一样， 盲从的写了几个不好听同时没有意义的字，   ----------------------------------------------------------------------------------- 看到香雪茶美女的博文， http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_6484.HTM 写点个人心得对香雪茶美女的博文做一个补充希望大家多做批评指正，大家共同进步，从我身边的时间情况来看，现在的很多工程师已经不知道怎么去使用三 极管了，这个曾经作为电路设计最核心的元件，做为电子工程师最基本的知识现在却不被大多数的工程师掌握，可以说是整个行业的悲哀啊，当然导致的原因很多， 希望在这里大家能畅所欲言！ 我简单的画了一个最基本的电路模型，我们先假设这个三极管的 Vbe=0.7v,Hfe=10 , Icm=100mA 来展开讨论。   下面我们来讨论下究竟什么叫三极管的饱和，到底什么是饱和压降，是否如香雪茶所说的， BE 正偏， BC 反偏就是饱和呢，还是当晶体管处于饱和状态时，其基极电流对晶体管的控制将失去作用呢， 1 ：当我们调节可调电阻， R1 ，使 R1=4.3K 时，通过欧姆定律我们可以计算得到， Ib=(5-0.7)/4.3K=1mA, 那我们就可以计算出 IC=Hfe*Ib=10mA, 假如这个时候我调节 R3 ，使 R3=500 欧姆，通过计算我们可以得到 Vc=5-(10mA*0.5K)=0V, 这个时候我们来看三极管三个极的电压， Vb=0.7,Vc=0,Ve=0, 2: 当我们调节可调电阻， R1 ，使 R1=4.3K 时，通过欧姆定律我们可以计算得到， Ib=(5-0.7)/4.3K=1mA, 那我们就可以计算出 IC=Hfe*Ib=10mA, 假如这个时候我调节 R3 ，使 R3=1K 欧姆，通过计算我们可以得到 Vc=5-(10mA*1K)=-5V, 回出现 -5V 吗，当然不会，因为没有负压， 所以 Vc 的电压会停留在 0V ，那这个时候我们再来看下 Ic 到底是多少 通过欧姆定律我们可以计算出 Ic=(5-Vc)/1K=(5-0)/1=5mA, 而不是 10mA, 这个是为什么呢， 这个时候我们来看三极管三个极的电压， Vb=0.7,Vc=0V,Ve=0V, 3: 当我们调节可调电阻， R1 ，使 R1=2.15K 时，通过欧姆定律我们可以计算得到， Ib=(5-0.7)/2.15K=2mA, 那我们就可以计算出 IC=Hfe*Ib=20mA, 假如这个时候我调节 R3 ，使 R3=1K 欧姆，通过计算我们可以得到 Vc=5-(20mA*1K)=-15V, 回出现 -15V 吗，当然也不会，同样因为没有负压， 所以 Vc 的电压会停留在 0V ，那这个时候我们再来看下 Ic 到底是多少 通过欧姆定律我们可以计算出 Ic=(5-Vc)/1K=(5-0)/1=5mA, 同样还是 5mA ，而不是 20mA, 这个又是为什么呢， 这个时候我们来看三极管三个极的电压， Vb=0.7,Vc=0V,Ve=0V, 假如三极管的饱和状态是正如香雪茶所定义的，那一上三种状态都应该是饱和，但是实际三极管饱和了吗，我可以很肯定的向大家保证都没有，为什么呢，因为以上的情况下的 Ic 无论是 10mA ， 5mA ， 5mA 都离集电极的最大电流 Icm=100mA 很远， 那到底是那里错了，是书告诉我们的这个是这个 BE 正偏， BC 反偏就是饱和 结论错了，这个是一个不负责任的结论，老师和课本都没有能准确的告诉我们什么是三极管， 到底基极是怎么来控制集电极的。 其实我觉得一个比喻比较的好， 这个控制的过程就象我们用手去推一个闸门，让水流过闸门的过程 ， 我们力气的大小就是基极电流 Ib, 闸门的开口大小就是 Ib*Hfe, 闸门流过的水流就是 Ic ， 所以假如集电极连到一个大水库，我们用力推，集电极闸门的闸口开的越大，水流就会越大，我们不用力推集电极闸门的闸口开的变小，水流就会变小，这个时候水流的大小会受到闸口的大小控制。 所以假如集电极连到一个自来水管，我们再用力推，集电极闸门的闸口开的跟个火力发电站的烟囱也没有用，因为水只有这么大，再大的通道也白搭。 所以我们基极电流控制的是什么，是集电极流过电流的能力，而不是控制集电极有多少电流，只有集电极有足够的能力的时候，我们来控制这个闸口才能达到控制水流大小的目的， 所以真正意义上的饱和应该是水流大于我们的最大闸口可以流过的水流，才是正解，就是闸口已经是最大了，你水再大也是白搭。 也就是说闸门流过的最大水流 Ic 是受闸门的开口大小就是 Ib*Hfe 限制的，但是实际流过水流是没办法控制的，要看供水的设备。但最大不会超过闸口的容限。 希望大家多排砖。