【導讀】本ben係xi列lie連lian載zai將jiang介jie紹shao電dian力li電dian子zi相xiang關guan的de基ji礎chu知zhi識shi和he各ge種zhong小xiao知zhi識shi。本ben係xi列lie涉she及ji到dao的de內nei容rong很hen廣guang泛fan
，涵han蓋gai從cong基ji礎chu知zhi識shi到dao應ying用yong部bu分fen的de豐feng富fu內nei容rong，希xi望wang能neng夠gou幫bang到dao那na些xie“至今不好意思問別人

，但又拿不準自己是否已經理解了”的人。

第一個應該了解的要數“晶體管”了。“晶體管”在電子製作領域是非常常用的易用器件，尤其是在使用Arduino等微控製器控製LED和電機時，晶體管是不可或缺的重要器件。

但是，對於電子製作初學者來說，掌握晶體管的使用方法有點難。剛開始電子製作時使用的元器件，比如電池、LED、電阻器和開關等
，幾乎都是兩個引腳，而晶體管卻有三個引腳。看到三個引腳就已經不知道應該接哪裏
、應該接什麼了。一開始我也是這樣。

在本文中，我將以電子製作中常用的方法為例介紹晶體管
，內容非常適合那些完全不知道如何使用晶體管的人。

目錄

1. 什麼是晶體管？

2. 水流的比喻

3. 事物都是有極限的

4. 晶體管的基礎知識和選型方法

5. 實際試用晶體管

6. 引腳順序為“愛･酷･寶”

7. 嚐試增加負載

8. 用Arduino使LED閃爍

9. 總結

1. 什麼是晶體管？

晶體管的作用是“放大”和“開關”。“放大”是指“把小信號放大成大信號”
，比bi如ru對dui收shou音yin機ji等deng設she備bei的de天tian線xian接jie收shou到dao的de微wei弱ruo信xin號hao進jin行xing放fang大da
，並bing通tong過guo揚yang聲sheng器qi播bo放fang出chu來lai的de應ying用yong中zhong會hui用yong到dao晶jing體ti管guan。如ru果guo您nin在zai初chu中zhong或huo高gao中zhong的de技ji術shu課ke上shang焊han接jie過guo收shou音yin機ji，可ke能neng您nin焊han接jie的de正zheng是shi這zhe裏li說shuo的de晶jing體ti管guan。

“開關”工作不是通過像無線電音頻信號那樣的平滑波（模擬信號），而是通過0或1（數字信號）來切換ON/OFF的。在電子製作中
，多被用於打開/關閉LED和電機。

圖1.1 晶體管

2. 水流的比喻

用“放大”、“開關”這樣詞彙來表達，可能還有些人無法很直觀地理解。那我們將晶體管電路的工作機製比作水流，可能更容易理解。

晶體管用圖2.1左側的電路符號表示。引腳共有三個，分別是B（基極）
、E（發射極）和C（集電極）。

* “NPN型”是晶體管的類型，還有“PNP型”晶體管
，不過在這裏我們不必嚴格劃分，隻要了解“NPN型更常用”即可。

這次我們用圖2.1右側的水流模型來比擬左側的晶體管。B側的閥門可以對流過B側的水進行開和關

，並且B側的細管和C側的粗管上的閥門開閉是聯動的。

圖2.1 用水流模型比擬晶體管

我們參考圖2.2，將晶體管的“開關”工作比作水流模型進行解說。如圖2.2左側所示，當B沒有水流時，細管的閥門是關閉的
，C（粗管）的水也不會流動。而當水如右圖所示注入B時，閥門打開
，C（粗管）中的水也會隨之流下。

圖2.2 將晶體管的工作原理比作水流模型

從這個模型可以看出
，粗管閥門的開閉可以通過細管閥門的開閉來控製。

可能有人會問，“為什麼要特意使用聯動的閥門呢？直接開閉粗管的閥門不就可以了嗎
？”這裏的重要之處在於“可以用小水流控製大水流（控製粗管閥門的開閉）。”能夠用少量的水流打開和關閉粗管的閥門，是讓人高興的事。

就像這種水流模型一樣
，晶體管可以用小電流讓需要大電流的設備運行
，也因此會被用在“放大”和“開關”應用中。

3. 事物都是有極限的

對於電子元器件而言，根據其種類和尺寸，會有“電流最大隻能流過◯◯A（安培）”和“電壓隻能在這個範圍內使用”等限製
，這種規格稱為“額定值”。

例如
，在電子製作中經常使用的Arduino，標準型號Arduino UNO中使用的微控製器芯片是型號為“ATMEGA328P-PU”的微控製器。

圖3.1 黃框中的是ATMEGA328P-PU芯片

查看微控製器芯片ATMEGA328P-PU的技術規格書（見下圖），可以看到在“電氣特性-絕對最大額定值”項中顯示“每個輸入輸出引腳的直流電流最大為40.0mA”。

圖3.2 ATMEGA328P-PU電氣特性

【參考】摘自ATMEGA328P-PU技術規格書第205頁

https://avr.jp/user/DS/PDF/mega328P.pdf

這就是說，比如當通過Arduino點亮LED時
，通常會連接一個通用輸入輸出引腳


，此時“如果電流達到40mA以上
，大概率會損壞”。

假設每個LED以10mA的電流點亮，那麼並聯四個LED時大概率會造成損壞。如果“希望點亮10個LED！”而事實隻能讓最多4個LED亮起來

，是不是有點難過？在這種情況下
，就需要晶體管大顯身手了。

4. 晶體管的基礎知識和選型方法

在電子製作中使用晶體管時，最重要的因素是集電極電流(Ic)的額定值。集電極電流是流入晶體管集電極引腳的電流額定值，是表示“這個晶體管最大允許流過這麼大的電流”的指標。該值的大小決定了可以將多少安培電流施加給負載（LED或電機），因此這是一個非常重要的參數。

與各引腳相關的電流名稱如圖4.1所示，表示“該晶體管最大可以將電流放大幾倍”的電流放大係數h_FE用圖4.1中的公式表示。這是一個非常簡單的關係表達式，“輸出電流I_C等於h_FE乘以輸入電流I_B”。

圖4.1 晶體管基礎

當您打開網上銷售晶體管的網店頁麵時，會發現出來很多晶體管。選擇晶體管時

，需要注意類型（結的結構是NPN還是PNP）、集電極電流額定值和電流放大係數。

本次使用的晶體管是“2SC1740S”。它是NPN型晶體管
，集電極電流額定值為150mA。這次的作品每個LED通過10mA的電流，10個LED並聯，總共需要進行100mA電流的開關，在“2SC1740S”的額定範圍內。

圖4.2 晶體管　2SC1740S

【參考】秋月電子通商　晶體管　2SC1740S

https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-11858/

5. 實際試用晶體管

現在，讓我們把晶體管安裝在麵包板上試用一下吧！首先，我們嚐試隻讓一個LED開關。

圖5.1 開關電路圖（使用晶體管）

圖5.2 開關電路外觀（使用晶體管）

當我們實際按下開關讓基極流過電流時，集電極也流過電流並且LED亮起。

6. 引腳順序為“愛･酷･寶”

晶體管有3個引腳，分別為基極(B)
、發射極(E)、集電極(C)，但引腳名稱並沒有標在器件主體上。因此，在使用之前，一定要確認“技術規格書”，裏li麵mian記ji載zai有you引yin腳jiao分fen配pei。技ji術shu規gui格ge書shu可ke以yi通tong過guo搜sou索suo產chan型xing號hao獲huo取qu
，或huo通tong過guo產chan品pin銷xiao售shou頁ye麵mian下xia載zai，但dan每mei次ci都dou去qu找zhao有you點dian太tai麻ma煩fan了le
，所suo以yi在zai這zhe裏li為wei您nin介jie紹shao一yi種zhong可ke以yi記ji住zhu引yin腳jiao順shun序xu的de方fang法fa。

晶體管引腳從左到右的方向以麵向刻有產品型號的一麵為基準（本次使用的“2SC1740S”為標有“C1740”的一麵）。電子製作中經常用到的晶體管，按照這個方向從左到右大多數依次是發射極（E）
、集電極（C）
、基極（B）。這個“E、C、B”的順序可以取其諧音“愛
、酷、寶”
，如果您想省去查看技術規格書的麻煩，通常可以按照這樣的引腳順序進行接線。

圖6.3 晶體管引腳順序的記憶方法

但是需要注意的是


，這個“愛酷寶”的(de)順(shun)序(xu)並(bing)不(bu)適(shi)用(yong)於(yu)所(suo)有(you)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)。即(ji)使(shi)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)外(wai)觀(guan)相(xiang)同(tong)，引(yin)腳(jiao)的(de)順(shun)序(xu)也(ye)可(ke)能(neng)偶(ou)爾(er)有(you)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)，表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)引(yin)腳(jiao)順(shun)序(xu)也(ye)可(ke)能(neng)不(bu)同(tong)，所(suo)以(yi)在(zai)開(kai)始(shi)組(zu)裝(zhuang)電(dian)路(lu)時(shi)，或(huo)使(shi)用(yong)從(cong)未(wei)使(shi)用(yong)過(guo)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)型(xing)號(hao)時(shi)，一(yi)定(ding)要(yao)確(que)認(ren)一(yi)下(xia)技(ji)術(shu)規(gui)格(ge)書(shu)。

7. 嚐試增加負載

現在，使用了晶體管的開關電路已經可以用了。機會難得，讓我們借此機會嚐試將LED的數量從1個逐漸增加到10個！組裝電路圖如圖7.1所示。

圖7.1 開關電路圖（LED×10個）

圖7.2 10個LED

讓10個LED閃爍時

，表現如下：

8. 用Arduino使LED閃爍

最後
，我們通過將前麵使用了晶體管的開關電路的按鈕開關部分替換為Arduino的通用輸入輸出端口

，實現無需手指按按鈕而使LED自動閃爍。在這種通過微控製器控製的情況下
，晶體管可以大顯身手。

*使用USB數據線從電腦向Arduino供電。

圖8.1 開關電路圖（使用Arduino和晶體管）

圖8.2 開關電路外觀（使用Arduino和晶體管）

Arduino程序並不需要做什麼特別的事，隻需在Arduino IDE中寫入作為示例程序的“blink.ino”並執行即可。源代碼中的“LED_BUITIN”是為了使用安裝在Arduino UNO板上的LED時的引腳編號，由於也連接到引腳13，所以隻要將引腳13與麵包板上的晶體管的基極引腳相連接即可實現聯動。

接線時請一定要連接麵包板的GND（電池的負極）和Arduino的GND
，如果不連接
，電路將無法正常工作。在麵包板上進行實驗時
，忘記接GND是一個常見的錯誤，所以請務必好好確認。

Arduino示例程序blink.ino（僅摘錄了setup()、loop()部分）

void setup() {

  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.

  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

}

// the loop function runs over and over again forever

void loop() {

  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

  delay(1000);                       // wait for a second

  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW

  delay(1000);                       // wait for a second

}

下麵的視頻為使用Arduino進行LED開關的表現。

我曾經提到過每個Arduino端口的絕對最大額定電流是40mA

，但是通過像這次這樣使用晶體管，就可以控製超出該範圍的負載開關。

9. 總結

在本文中，我們學習了晶體管的基本使用方法，同時，還嚐試了通過按鈕開關和Arduino讓晶體管發揮開關作用。毫不誇張地說，不僅控製LEDhedianjideshihouyaoyongdaojingtiguan，zaichuanganqihefangdaqidengxiangguandianzizhizuozhong
，jihudouhuiyongdedaojingtiguan。ruguoninnenggoushulianshiyongjingtiguan，nameninjiangnenggouzaigengkuanguangdedianzizhizuoshijiezhongxiangshouqizhongdemiaoqu，suoyi
，huanyingdajiajijitiaozhangezhongdianludezhizuo！

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