三极管是怎样提高单片机IO口驱动LED的能力
学过单片机应该都知道。单片机的io口可以输出三种状态：高电平、低电平、高阻。一般不同封装和颜色的驱动电压和电流都有些许差异，具体要参照使用led的规格书。这里演示为2v/20ma就可额定工作条件的led。
那么利用io口的低电平状态可以设计如图方式1的驱动led方法（这个也是不用三极管情况下常用的方式），利用io口的高电平状态可以设计如图方式2的驱动led方式。
那么大家实际搭好电路和载入驱动程序后，方式1可以完美运行，但是方式2的灯却不能亮。为什么呢?这就要引入灌电流和拉电流的概念来解释了。
1、灌电流：图中第（1）个连接方式中，单片机输出低电平时，电流方向由外部进入单片机，称为灌电流，电流由外部电源提供。
2、拉电流：图中第（2）个连接方式中，单片机输出高电平时，电流方向由单片机输出到外部，称为拉电流，电流由单片机提供，可理解为“外部元件从单片机取电”。
如果你查看单片机的规格书，你会发现io口允许外部灌入电流可以达到几十ma，但是对所有io口合计的总灌入电流是有限制的，所以你需要同时驱动几个led亮，可能是行不通的。而再来看单片机的拉电流是ua级别的，根本无法驱动外部led。那么为什么高电平状态，驱动能力这么弱呢？原因是io口内部集成了较大的上拉电阻，而到gnd是有一个开关管（阻抗非常低、可以忽略）控制的。
上面仅仅讲述了单片机io口的情况，那么举一反三，很多ic的gpio口都会有灌入电流和拉电流的限制，所以在使用的时候要注意这个电流的限制。
可以知道使用方式1驱动led对led数量是有限制的。另外如果led发生损坏短路，也会有电流直接流入io口，可能造成单片机损坏。就有人引入了三极管来解决这些问题，io口只负责控制三极管通断即可。应尽可能选三极管饱和后vce压降小的。这里饱和后vce=0.1v。led 2v/20ma驱动，那么三极管ic=20ma。限流电阻r1=（5-2-0.1）v/20ma=145ω，145不是标称值，那么实际选择150ω的电阻，实际ic=（5-2-0.1）v/20ma=19ma。
然后确认三极管的放大倍数hfe，假设是100，那么三极管b极电流是19ma/100=0.19ma。
也就是说如果io口需要驱动这个led，必须支持的最小输出电流至少为0.19 ma。这个电流非常小，多个串口同时驱动多个led，压力也没那么大。
但是假如你用的这个ic io口最大输出电流只有0.1ma，还是无法满足怎么办，那么就需要npn+pnp两个三极管组合来解决了。
参照上图，如果只用一个npn管来驱动led，那么ic电流=25ma，那么krc103s 基极电流ib=ic/hfe=25ma/150=0.167ma，很明显驱动不了。那么再加入一个pnp管kra102s，pnp管基极电流ib=ic/hfe=25ma/100=0.25ma，然后npn管导通其ic=0.25ma，那么io口的电流就只有0.25ma/150=0.002ma。这样一来控制ic就能驱动led了。
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那么利用io口的低电平状态可以设计如图方式1的驱动led方法（这个也是不用三极管情况下常用的方式），利用io口的高电平状态可以设计如图方式2的驱动led方式。
那么大家实际搭好电路和载入驱动程序后，方式1可以完美运行，但是方式2的灯却不能亮。为什么呢?这就要引入灌电流和拉电流的概念来解释了。
1、灌电流：图中第（1）个连接方式中，单片机输出低电平时，电流方向由外部进入单片机，称为灌电流，电流由外部电源提供。
2、拉电流：图中第（2）个连接方式中，单片机输出高电平时，电流方向由单片机输出到外部，称为拉电流，电流由单片机提供，可理解为“外部元件从单片机取电”。
如果你查看单片机的规格书，你会发现io口允许外部灌入电流可以达到几十ma，但是对所有io口合计的总灌入电流是有限制的，所以你需要同时驱动几个led亮，可能是行不通的。而再来看单片机的拉电流是ua级别的，根本无法驱动外部led。那么为什么高电平状态，驱动能力这么弱呢？原因是io口内部集成了较大的上拉电阻，而到gnd是有一个开关管（阻抗非常低、可以忽略）控制的。
上面仅仅讲述了单片机io口的情况，那么举一反三，很多ic的gpio口都会有灌入电流和拉电流的限制，所以在使用的时候要注意这个电流的限制。
可以知道使用方式1驱动led对led数量是有限制的。另外如果led发生损坏短路，也会有电流直接流入io口，可能造成单片机损坏。就有人引入了三极管来解决这些问题，io口只负责控制三极管通断即可。应尽可能选三极管饱和后vce压降小的。这里饱和后vce=0.1v。led 2v/20ma驱动，那么三极管ic=20ma。限流电阻r1=（5-2-0.1）v/20ma=145ω，145不是标称值，那么实际选择150ω的电阻，实际ic=（5-2-0.1）v/20ma=19ma。
然后确认三极管的放大倍数hfe，假设是100，那么三极管b极电流是19ma/100=0.19ma。
也就是说如果io口需要驱动这个led，必须支持的最小输出电流至少为0.19 ma。这个电流非常小，多个串口同时驱动多个led，压力也没那么大。
但是假如你用的这个ic io口最大输出电流只有0.1ma，还是无法满足怎么办，那么就需要npn+pnp两个三极管组合来解决了。
参照上图，如果只用一个npn管来驱动led，那么ic电流=25ma，那么krc103s 基极电流ib=ic/hfe=25ma/150=0.167ma，很明显驱动不了。那么再加入一个pnp管kra102s，pnp管基极电流ib=ic/hfe=25ma/100=0.25ma，然后npn管导通其ic=0.25ma，那么io口的电流就只有0.25ma/150=0.002ma。这样一来控制ic就能驱动led了。
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