晶體管是一個簡單的元器件，可用於構建許多有趣的項目。在本文中，我將用通俗易懂的語言給您講解晶體管的工作原理，以便您可以在電路設計中更好的使用靜態管。一旦你學習這些基礎知識，對以後的設計和使用來說，將會變得非常容易。

我們將重點介紹兩種最常見的晶體管：雙極型晶體管（三極管）和MOSFET。晶體管的工作原理其實是類似於電子開關。它可以打開和關閉電路。一個簡單的思考方法是將晶體管視為無源的繼電器。晶體管類似於繼電器，從某種意義上說，您可以使用它來打開和關閉某些東西。但晶體管也可以部分導通，一般在放大電路中使用，這部分內容不是本文講解的重點。

三極管的工作原理 （BJT）

讓我們從經典的NPN三極管開始。它是一個雙極結晶體管（BJT），有三條腿，分別是：基極 （b）集電極 （c）發射極 （e）三極管處於打開狀態時，電流可以從集電極流過三極管到發射器。當它關閉時，沒有電流可以流動。在下面的示例電路中，晶體管是OFF的。這意味著沒有電流可以流過它，因此發光二極管（LED）也關閉了。要打開三極管管，基極和發射極之間需要大約0.7V的電壓。如果你有一個0.7V的電池，你可以把它連接到基極和發射極之間，三極管就會打開。由於我們大多數人都沒有0.7V電池，我們如何打開三極管？很簡單！三極管的基極至發射極部分的工作方式類似於二極管。二極管具有正向電壓，它從可用電壓中獲取到該正向電壓。如果串聯添加一個電阻器，則電阻上的其餘部分電壓會下降。

因此，通過添加電阻，您將自動獲得約0.7V的電壓。

01、選擇元件的值

要選擇元件值，您還需要了解三極管的工作原理：當電流從基極流向發射極時，三極管導通，以便更大的電流可以從集電極流向發射極。

兩個電流的大小之間存在連接。這稱為三極管的增益。

對於通用晶體管，如BC547或2N3904，增益可能是100左右。這意味著，如果有0.1 mA電流從基極流向發射極，則從集電極流向發射器的電流為10 mA（100倍以上）。

02、R1需要多大的電阻值才能獲得0.1mA的電流？

如果電池為9V，並且晶體管的基極到發射極為0.7V，則電阻器兩端剩下8.3V。

您可以使用歐姆定律來計算電阻值：因此，您需要一個83 kΩ的電阻，但是這不是一個標準值。但82 kΩ是，而且它足夠接近。

R2 用於限制 LED 的電流。如果您要將LED和電阻器直接連接到9V電池，則可以選擇的值，而無需三極管。例如，1 kΩ應該工作正常。

03、怎麼選擇三極管？

NPN晶體管是最常見的三極管（BJT）。但是還有另一種稱為PNP晶體管，其工作方式相同，只是所有電流都朝相反的方向。在選擇晶體管時，要記住的最重要的事情是晶體管可以承受多少電流。這稱為集電極電流（IC)。例如我們常用的8050三極管的IC電流值為：1.5A。

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類型。它也具有三個引腳：

柵極（G）

漏極（D）

源極（S）

MOSFET的工作原理類似於三極管，但有一個重要的區別：

1、在三極管中，從基極到發射極的電流決定了有多少電流可以從集電極流向發射極。

2、在MOSFET晶體管中，柵極和源極之間的電壓決定了有多少電流可以從漏極流向源極。

01、示例：如何打開MOS管

下面是一個用於接通MOSFET的示例電路。要打開MOSFET晶體管，柵極和源之間的電壓需要高於晶體管的閾值電壓。例如，BS170的柵源閾值為2.1V。（具體每個MOS管的閾值電壓是多少，我們可以在MOS管的數據手冊中查到)。MOSFET的閾值電壓實際上是它關閉的電壓。因此，要正確打開晶體管，您需要一個比該電壓高一點的電壓。高多少取決於您希望流多少電流。如果你比閾值高出幾伏，這通常足以滿足低電流的事情，比如打開LED。請注意，即使您使用足夠高的電壓以使1A電流流動，也不意味著MOS管恆定流過1A電流。它其實是電流流過的最大值，最終實際流過的電流還是取決於所接的電路以及負載。因此，只要我們確保不超過最大柵源電壓限制（BS170為20V），您就可以隨心所欲地達到最高電壓。

在上面的示例中，當我們按下按鈕時，柵極連接到9V。這將打開晶體管。

02、元器件選擇

上圖中R1的值其實並不重要，但大約10 kΩ應該可以正常工作。其目的是關閉MOSFET。R2 設置 LED 的亮度。對於大多數 LED，1 kΩ 應該工作正常。

Q1幾乎可以是任何N溝道MOSFET，例如BS170。

03、怎麼關閉MOSFET？

關於MOSFET的另一件重要事情是：它的作用也有點像電容器。即柵源部分。當您在柵極和電源之間施加電壓時，該電壓將保持在那裡，直到電容完全放電。

04、如何選擇MOS管

以上示例使用 N 溝道 MOSFET。P 通道MOSFET的工作方式相同，只是電流沿相反方向流動，並且柵極到源極的電壓必須為負才能將其打開。

選擇MOSFET時要記住的兩件事是：柵源至源極閾值電壓。您需要高於此值的電壓才能打開晶體管。連續漏極電流。這是可以流過晶體管的最大電流量。

還有其他重要參數需要牢記，具體取決於您製作的內容。但這超出了本文的範圍。請記住上面的兩個參數，您將有一個很好的起點。

05、MOSFET柵極電流

如果你想使用單片機如STM32控制MOSFET，那麼你需要記住另一件事：打開晶體管時流入柵極的電流。

如上所述，MOSFET的柵極到源極充當電容器。.這意味著一旦充電，就沒有更多的電流流過它。因此，當MOSFET導通時，沒有電流流過柵極。但是，當MOSFET導通時，會產生電流，就像為電容器充電一樣。在一小分之一秒內，可能會有很多電流流動。為了保護我們的單片機不受流過的較大電流的影響，您需要添加一個MOSFET柵極電阻器。

上圖中柵極電阻通常選擇1000 Ω就可以。

為什麼需要晶體管？

可能有一些新手小白會問：為什麼我們需要晶體管？為什麼不將 LED 和電阻器直接連接到電池上？

1、晶體管的優點是可以使用小電流或電壓來控制更大的電流和電壓。

例如我們想要用單片機IO引腳控制電機、大功率LED、揚聲器、繼電器等，這就必須使用到晶體管。由於單片機的輸出引腳在 5V或3.3V 時通常只能提供幾毫安。因此，如果您想控制110V戶外庭院燈，則無法直接從接到單片機的引腳上。您可以會想到可以通過繼電器來完成。但即使是繼電器通常也需要比引腳所能提供的電流更多的電流。所以我們就需要一個晶體管來控制繼電器。

當然，晶體管也可用於更簡單的傳感器電路，例如光傳感器電路，觸摸傳感器電路或H橋電路。我們幾乎所有的電路都會使用到晶體管。它確實是電子產品中最重要的組件。

晶體管作為放大器

晶體管可以作為放大器工作的原因是：它不僅可以有兩個狀態（ON/OFF），還可以介於“完全打開”和“完全關閉”之間的任何位置。這意味著一個幾乎沒有能量的小信號可以控制晶體管，在晶體管的集電極-發射極（或漏極-源極）部分產生該信號的更強的版本。因此，晶體管可以放大小信號。下面是一個簡單的放大器來驅動揚聲器。輸入電壓越高，從基極到發射極的電流越高，通過揚聲器的電流越高。變化的輸入電壓使揚聲器中的電流發生變化，從而產生聲音。

通常，您需要再添加幾個電阻器來偏置晶體管。否則，你會得到很多失真。我們可以在後面的文章中再詳細介紹。

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