NPN型三极管的工作原理及电路设计
npn型三极管，由三块半导体构成，其中两块n型和一块p型半导体组成，p型半导体在中间，两块n型半导体在两侧，三极管是电子电路中最重要的器件，他主要的功能是电流放大和开关的作用。
实际上，只要你了解了三极管的特性，对你使用单片机就顺手很多了。大家其实也都知道三极管具有放大作用，但如何去真正理解它，却是你以后会不会使用大部分电子电路和ic的关键。 我们一般所说的普通三极管是具有电流放大作用的器件。其它的三极管也都是在这个原理基础上功能延伸。三极管的符号如下图左边，我们就以npn型三极管为例来说说它的工作原理。
它就是一个以b（基极）电流ib来驱动流过ce的电流ic的器件，它的工作原理很像一个可控制的阀门。
左边细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大，就可允许较大红色的水流通过这个阀门。当蓝色水流越大，也就使大管中红色的水流更大。 如果放大倍数是100，那么当蓝色小水流为1千克/小时，那么就允许大管子流过100千克/小时的水。 三极管的原理也跟这个一样，放大倍数为100时，当ib（基极电流）为1ma时，就允许100ma的电流通过ice。 这个原理大家可能也都知道，但是把它用在电路里的状况能理解，那单片机的运用就少了一大障碍了。 最常用的连接如下图：
我们来分析一下这个电路，如果它的放大倍数是100，基极电压我们不计。基极电流就是10v÷10k＝1ma，集电极电流就应该是100ma。 根据欧姆定律，这样rc上的电压就是0.1a×50ω＝5v。那么剩下的5v就吃在了三极管的c、e极上了。 好！ 现在我们假如让rb为1k，那么基极电流就是10v÷1k＝10ma，这样按照放大倍数100算，ic就是不是就为1000ma也就是1a了呢？假如真的为1安，那么rc上的电压为1a×50ω＝50v。 啊？50v！都超过电源电压了，三极管都成发电机了吗？其实不是这样的。 见下图：
我们还是用水管内流水来比喻电流，当这个控制电流为10ma时使主水管上的阀开大到能流过1a的电流，但是不是就能有1a的电流流过呢？ 不是的，因为上面还有个电阻，它就相当于是个固定开度的阀门，它串在这个主水管的上面，当下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度时，水流就不会再增大，而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了，因此， 下面的三极管再开大开度也没有用了。
因此我们可以计算出，那个固定电阻的最大电流10v÷50ω＝0.2a也就是200ma。 就是说在电路中三极管基极电流增大集电极的电流也增大，当基极电流ib增大到2ma时，集电极电流就增大到了200ma。当基极电流再增大时，集电极电流已不会再增大，就在200ma不动了。 此时上面那个电阻也就是起限流作用了。 下面我们来理解单片机内的io的状况：
在单片机内有p1－p3的24个io口的电路都如上图那样。 平常我们用电子电路的目的是最终让目标器件工作，例如让发光二极管亮起来，让电机正常转起来，从根本上说就是让这些器件获得一定的电流让它做功。例如要让发光二极管亮一般就需要1ma以上的电流。
但是，单片机是智能芯片，它可以通过检测各io口的电压值来做出逻辑分析和判断，并能输出高或低电压作为结果信号，因此可以看出，单片机的各io口注重的是所产生的电压而不是流过r和三极管的电流。 那么单片机内io口的电压和电流的关系又是怎么样的呢？ 我们还是用水管流水的例子来说明：
假设我们让r的这个阀开的较大，让下面那个控制阀全关，这时如图1所示可以看出p点的压力就是水箱的压力。当我们将下面的控制阀全开，如图2所示，则水将以很大的水流流过管线，而此时p点的压力为0。这个原理和电子电路很相似。 通过三极管的关闭或开大来使输出点p测得的逻辑量为1（电源电压）或0（0电位）。
但这个过程有一个问题，就是当需要p点输出为0时，三极管将开得很大，流过的电流很大，单片机上有32个io口，这样消耗的电能就很多。 有没有办法改进呢？有！见下图：
见图3，如果我们将上面那个阀门r关得很小，将下面的控制阀全关，这时p点的压力仍旧会是水箱的压力，和上面图1是一样的。但当我们将控制阀开大时，如图4，p点的压力虽然也同样为0，但这时通过的水流就大大减少了。这样我们既能输出1或者0。但消耗的水却很少。
单片机里的电路正是这样做的，它上面的电阻r大约为50k，最大电流是5v÷50k＝0.1ma。
也就是说，当p输出1时，不消耗电流，当p输出0时消耗的电流为0.1ma。正因为它的上拉电阻r很大，因此对于初学者来说，要它直接驱动发光管或其它的负载就要有一定的方法技巧了。 这里我再和大家一起分析一下io口外接负载时的各种情况：
我们先来看看接ttl器件的情况，当p1.0接到74hc373的一个输入脚上时，因为ttl器件的输入阻抗很高，大约几百k到m欧姆级。
这就相当于p1.0接了个500k（我们假设为500k）的电阻到地。这样当三极管导通时，p1.0点为低电平，0.1ma的电流经rc然后流过三极管一地，ri上没有电流流过。而当三极管截止后，电流就由rc流过再通过ri流到地。由于电阻分压的作用，在rc和ri上各有部分电压，p1.0点的电压为rc和ri的分压。 总电流＝5v÷（50k＋500k）＝0.009ma； 则p1.0点的电压＝0.009ma×500k=4.5v。 ttl规定输出2.4－5v为高电平；输出0.4－0为低电平。因此这样接是正确的。 下面我们再来看看用s51来驱动发光管的情况：
先来看看图7的情况，很显然，发光管的方向为上正下负，只有p1.0为高电位才能点亮发光管，要让s51的p1.0为高电位，就必须使三极管截止。当三极管截止后，电流经rc流到发光管再从发光管流到地。 要让发光管导通必须要在发光管两端有超过2.1v的门坎电压。因此流过发光管的电流＝（5v－2.1v）÷50k＝0.058ma的电流，你们说发光管能亮吗？
再来看图8。 由图可以看出，要想让发光管导通p1.0就必须为低电位。那p1.0口的三极管必须得导通。
当三极管一导通后，电流一路流过rc到三极管再从三极管流到地。另一路在发光管上消耗掉2.1v的电压。 然后一路几乎没有阻力地流过三极管，而io口的三极管最大电流不能超过15ma，超了就会烧坏三极管，因此这个接法不正确。 那么如何才能让这两种接法都可以驱动发光管呢 见下图：
先看图9，在p1.0端和vcc间接上个电阻ri。当三极管导通时有两路电流都要从它的ce极流过，一路是内部r上的0.1ma电流，另一路就是ri上的电流，为了不让三极管过流而烧坏我们就要确定它的电阻值。 ri=5v÷15ma＝0.333k，就大约是330欧姆。这时流过三极管的电流就大约为15ma，此时发光管是不亮的。
当三极管截止后，这两路电流就都要从发光管流过了，这时流过发光管的电流是多少呢。
s51的内部电阻上流过的电流为（5v－2.1v）÷50k＝0.06ma，很小我们可以忽略不计了。
流过ri上的电流为（5v－2.1v）÷330ω＝0.0087a，也就是8.7ma。已经能让发光管比较亮了。 这样驱动是可以的，但发现没有，发光管不亮时所消耗的电流比发光管点亮时消耗的电流还要大。 如果用许多个io口去点亮很多发光管的话这样的电路就不经济了。好！这就是p1.0高电平直接驱动发光管的状况。
再来看图10，在和发光管串联一个电阻后接在vcc和p1.0之间。当三极管导通时，也是两路电流都汇合后从三极管的ce流过，内部电阻上的电流仍为0.1ma，发光管上的电流就要由电阻ri和发光管共同来保证不让三极管的ce超过15ma，则电阻的确定为（5v－2.1v）÷15ma＝0.193k，大约是200欧姆。这样流过发光管的电流就约为15ma，发光管比较亮了。当三极管截止后，就阻断了这两路电流的通路，因此不消耗电流。
这个电路是p1.0低电平直接驱动发光管的状况，可以看出这个电路当发光管被点亮时消耗15ma的电流，而熄灭时就不消耗电流，因此这个电路是最适合用的。s51直接驱动数码管一般也都是采用这个电路原理。 下面是数码管的原理图：
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苹果于2018年底已倒闭的家庭安防摄像机公司Lighthouse AI手中收购了一批专利
分立元件实现耳聋助听器电路
电脑主板启动时的电源控制电路
可编程逻辑器PLD顶用来寄存数据的根柢单元
NPN型三极管的工作原理及电路设计
如何在IoT赛道上寻找确定性的机会
今年第二季度全球智能手表出货量同比增长了44%苹果占了总量的一半
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关于全方位解析英特尔响应式零售平台之技术核心分析和介绍
在消费级“秒杀”全场之后，大疆又更新了农业植保无人机
Twitter终于证实了许多人的怀疑
阿里提出低计算量语音合成系统，速度提升4倍
基于亚信AX88179A芯片的USB 3.2转千兆以太网设计
i9-9900K跑分曝光 稳了
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英特尔Z590主板规格曝光
科创板铂力特副总经理喻文韬介绍、履历信息
未来的智能化生活都会有着哪些特点
智能开关柜操控装置设计及应用
实际上，只要你了解了三极管的特性，对你使用单片机就顺手很多了。大家其实也都知道三极管具有放大作用，但如何去真正理解它，却是你以后会不会使用大部分电子电路和ic的关键。 我们一般所说的普通三极管是具有电流放大作用的器件。其它的三极管也都是在这个原理基础上功能延伸。三极管的符号如下图左边，我们就以npn型三极管为例来说说它的工作原理。
它就是一个以b（基极）电流ib来驱动流过ce的电流ic的器件，它的工作原理很像一个可控制的阀门。
左边细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大，就可允许较大红色的水流通过这个阀门。当蓝色水流越大，也就使大管中红色的水流更大。 如果放大倍数是100，那么当蓝色小水流为1千克/小时，那么就允许大管子流过100千克/小时的水。 三极管的原理也跟这个一样，放大倍数为100时，当ib（基极电流）为1ma时，就允许100ma的电流通过ice。 这个原理大家可能也都知道，但是把它用在电路里的状况能理解，那单片机的运用就少了一大障碍了。 最常用的连接如下图：
我们来分析一下这个电路，如果它的放大倍数是100，基极电压我们不计。基极电流就是10v÷10k＝1ma，集电极电流就应该是100ma。 根据欧姆定律，这样rc上的电压就是0.1a×50ω＝5v。那么剩下的5v就吃在了三极管的c、e极上了。 好！ 现在我们假如让rb为1k，那么基极电流就是10v÷1k＝10ma，这样按照放大倍数100算，ic就是不是就为1000ma也就是1a了呢？假如真的为1安，那么rc上的电压为1a×50ω＝50v。 啊？50v！都超过电源电压了，三极管都成发电机了吗？其实不是这样的。 见下图：
我们还是用水管内流水来比喻电流，当这个控制电流为10ma时使主水管上的阀开大到能流过1a的电流，但是不是就能有1a的电流流过呢？ 不是的，因为上面还有个电阻，它就相当于是个固定开度的阀门，它串在这个主水管的上面，当下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度时，水流就不会再增大，而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了，因此， 下面的三极管再开大开度也没有用了。
因此我们可以计算出，那个固定电阻的最大电流10v÷50ω＝0.2a也就是200ma。 就是说在电路中三极管基极电流增大集电极的电流也增大，当基极电流ib增大到2ma时，集电极电流就增大到了200ma。当基极电流再增大时，集电极电流已不会再增大，就在200ma不动了。 此时上面那个电阻也就是起限流作用了。 下面我们来理解单片机内的io的状况：
在单片机内有p1－p3的24个io口的电路都如上图那样。 平常我们用电子电路的目的是最终让目标器件工作，例如让发光二极管亮起来，让电机正常转起来，从根本上说就是让这些器件获得一定的电流让它做功。例如要让发光二极管亮一般就需要1ma以上的电流。
但是，单片机是智能芯片，它可以通过检测各io口的电压值来做出逻辑分析和判断，并能输出高或低电压作为结果信号，因此可以看出，单片机的各io口注重的是所产生的电压而不是流过r和三极管的电流。 那么单片机内io口的电压和电流的关系又是怎么样的呢？ 我们还是用水管流水的例子来说明：
假设我们让r的这个阀开的较大，让下面那个控制阀全关，这时如图1所示可以看出p点的压力就是水箱的压力。当我们将下面的控制阀全开，如图2所示，则水将以很大的水流流过管线，而此时p点的压力为0。这个原理和电子电路很相似。 通过三极管的关闭或开大来使输出点p测得的逻辑量为1（电源电压）或0（0电位）。
但这个过程有一个问题，就是当需要p点输出为0时，三极管将开得很大，流过的电流很大，单片机上有32个io口，这样消耗的电能就很多。 有没有办法改进呢？有！见下图：
见图3，如果我们将上面那个阀门r关得很小，将下面的控制阀全关，这时p点的压力仍旧会是水箱的压力，和上面图1是一样的。但当我们将控制阀开大时，如图4，p点的压力虽然也同样为0，但这时通过的水流就大大减少了。这样我们既能输出1或者0。但消耗的水却很少。
单片机里的电路正是这样做的，它上面的电阻r大约为50k，最大电流是5v÷50k＝0.1ma。
也就是说，当p输出1时，不消耗电流，当p输出0时消耗的电流为0.1ma。正因为它的上拉电阻r很大，因此对于初学者来说，要它直接驱动发光管或其它的负载就要有一定的方法技巧了。 这里我再和大家一起分析一下io口外接负载时的各种情况：
我们先来看看接ttl器件的情况，当p1.0接到74hc373的一个输入脚上时，因为ttl器件的输入阻抗很高，大约几百k到m欧姆级。
这就相当于p1.0接了个500k（我们假设为500k）的电阻到地。这样当三极管导通时，p1.0点为低电平，0.1ma的电流经rc然后流过三极管一地，ri上没有电流流过。而当三极管截止后，电流就由rc流过再通过ri流到地。由于电阻分压的作用，在rc和ri上各有部分电压，p1.0点的电压为rc和ri的分压。 总电流＝5v÷（50k＋500k）＝0.009ma； 则p1.0点的电压＝0.009ma×500k=4.5v。 ttl规定输出2.4－5v为高电平；输出0.4－0为低电平。因此这样接是正确的。 下面我们再来看看用s51来驱动发光管的情况：
先来看看图7的情况，很显然，发光管的方向为上正下负，只有p1.0为高电位才能点亮发光管，要让s51的p1.0为高电位，就必须使三极管截止。当三极管截止后，电流经rc流到发光管再从发光管流到地。 要让发光管导通必须要在发光管两端有超过2.1v的门坎电压。因此流过发光管的电流＝（5v－2.1v）÷50k＝0.058ma的电流，你们说发光管能亮吗？
再来看图8。 由图可以看出，要想让发光管导通p1.0就必须为低电位。那p1.0口的三极管必须得导通。
当三极管一导通后，电流一路流过rc到三极管再从三极管流到地。另一路在发光管上消耗掉2.1v的电压。 然后一路几乎没有阻力地流过三极管，而io口的三极管最大电流不能超过15ma，超了就会烧坏三极管，因此这个接法不正确。 那么如何才能让这两种接法都可以驱动发光管呢 见下图：
先看图9，在p1.0端和vcc间接上个电阻ri。当三极管导通时有两路电流都要从它的ce极流过，一路是内部r上的0.1ma电流，另一路就是ri上的电流，为了不让三极管过流而烧坏我们就要确定它的电阻值。 ri=5v÷15ma＝0.333k，就大约是330欧姆。这时流过三极管的电流就大约为15ma，此时发光管是不亮的。
当三极管截止后，这两路电流就都要从发光管流过了，这时流过发光管的电流是多少呢。
s51的内部电阻上流过的电流为（5v－2.1v）÷50k＝0.06ma，很小我们可以忽略不计了。
流过ri上的电流为（5v－2.1v）÷330ω＝0.0087a，也就是8.7ma。已经能让发光管比较亮了。 这样驱动是可以的，但发现没有，发光管不亮时所消耗的电流比发光管点亮时消耗的电流还要大。 如果用许多个io口去点亮很多发光管的话这样的电路就不经济了。好！这就是p1.0高电平直接驱动发光管的状况。
再来看图10，在和发光管串联一个电阻后接在vcc和p1.0之间。当三极管导通时，也是两路电流都汇合后从三极管的ce流过，内部电阻上的电流仍为0.1ma，发光管上的电流就要由电阻ri和发光管共同来保证不让三极管的ce超过15ma，则电阻的确定为（5v－2.1v）÷15ma＝0.193k，大约是200欧姆。这样流过发光管的电流就约为15ma，发光管比较亮了。当三极管截止后，就阻断了这两路电流的通路，因此不消耗电流。
这个电路是p1.0低电平直接驱动发光管的状况，可以看出这个电路当发光管被点亮时消耗15ma的电流，而熄灭时就不消耗电流，因此这个电路是最适合用的。s51直接驱动数码管一般也都是采用这个电路原理。 下面是数码管的原理图：
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苹果于2018年底已倒闭的家庭安防摄像机公司Lighthouse AI手中收购了一批专利
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电脑主板启动时的电源控制电路
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NPN型三极管的工作原理及电路设计
如何在IoT赛道上寻找确定性的机会
今年第二季度全球智能手表出货量同比增长了44%苹果占了总量的一半
利尔达5G R16模组NE16U-CN性能优越 通过华为认证测试
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