《迷人的8051单片机》----2.2晶体管

本节书摘来自华章出版社《迷人的8051单片机》一书中的第2章，第2.2节，作者高显生，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
2.2　晶体管

1947年，三位物理学家在美国贝尔实验室发现了举世闻名的晶体管效应，从而使晶体管得以问世，这也是人类电学史上又一伟大的发现。晶体管又称为“双极型晶体管”，是电子电路中极其重要的半导体器件，它主要具有电流放大和开关的作用。

2.2.1　晶体管的原理

晶体管具有三个电极，本书前面介绍的二极管由一个PN结构成，而晶体管则是由两个PN结背对背地连接在一起构成类似于三明治的结构，如图2-9所示。图中两个PN结共用的一个电极是晶体管的基极，用字母“b”表示，其余的两个电极一个为集电极，用字母“c”表示，另一个为发射极，用字母“e”表示。PN结的不同排列组合方式构成了两种不同类型的晶体管，即NPN型和PNP型晶体管。由于制造晶体管所用半导体材料不同，晶体管有硅管和锗管的区别，但目前大多数晶体管都是用硅材料制成的。

晶体管在电路中的表示符号如图2-10所示，其中标有箭头的电极是发射极，箭头朝向晶体管外部的是NPN型晶体管，箭头朝向晶体管内部的是PNP型晶体管，箭头所指的方向也代表着电流的方向。

晶体管的型号众多，常用的晶体管有9013（NPN）、9014（NPN）、1815（NPN）、1015（PNP）、8050（NPN）、8550（PNP）等。不同的晶体管有着不同的封装形式，小功率直插式晶体管大多采用TO-92封装，贴片式晶体管大多采用SOT-23封装，其型号或代号一般都直接标注在外壳上，TO-92封装和SOT-23封装的晶体管如图2-11所示。

2.2.2　晶体管的功能

晶体管是一种用电流控制电流的半导体器件，最基本的作用是放大，它可以将微弱的电信号变成一定强度的信号。晶体管有一个重要的参数，即电流放大系数“β”。当在晶体管的基极上施加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个比基极电流大β倍的电流，这个电流称为集电极电流。集电极电流随着基极电流的变化而变化，基极电流微小的变化都可以引起集电极电流很大的变化，这就是晶体管放大作用的原理。

我们结合图2-12所示的电路来说明晶体管的放大作用。图中当A点为低电平时，没有电流流经电阻R1和晶体管的e、b引脚，这时晶体管处于截止状态，c引脚和e引脚之间电阻为无穷大，小灯DS1不会亮起；当在A点施加一个高电平时，电流从A点经电阻R1流经晶体管的b、c引脚，晶体管b-e结因为施加了正向电压而导通，一个较小的电流会从b引脚流向e引脚，这时一个比基极电流大β倍的集电极电流会从VCC端流过灯泡，再经晶体管的c引脚，最终从 e引脚流出至地，这时小灯DS1亮起，晶体管e、c引脚之间呈导通状态。

当A点的电压变化时，晶体管e、b间的电流（基极电流）也会相应变化，从而导致一个更大的电流（集电极电流）在e、c引脚间变化，这个电流的变化会让小灯DS1闪烁。以上，仅就晶体管的电流放大作用做了简单的介绍。别小看了这样一个只有三个引脚的器件，要弄清它的全部功能，恐怕用一本书的篇幅也是不够的，在此只能是抛砖引玉罢了。