NPN和PNP三极管 及蜂鸣器 控制电路

这篇文章总结下关于NPN和PNP两种型号三极管的使用和连接方法和驱动蜂鸣器电路。

前置知识

常见连接方式：

三极管状态：

三极管测试电路(还不严谨)：

        NPN电路，东西放集电极；PNP电路，东西放发射极。

        三极管的集电极和发射极(NPN,PNP两边是相同的)理论上可以调换(少数情况下可以调换)，但是实际使用中，两侧参杂浓度不同，不可以强行调换使用，可能无法正常工作！

被驱动件的位置问题——露电问题

  NPN电路

        微小电流驱动较大电流，C到E都是大电流；所以无论是放在C端还是E端，

所以无论是放在C端还是E端， 电流效果是一样的，可以正常驱动LED。

但是！当C端至电源正极的导线断开，理论上LED没有大电流会熄灭，但是LED微弱点亮！

主要是由于 小电流通过LED的回路，使得本来用于控制的小电流，进入到被控制的大电流回路。

小电流混入大电流中可以理解为 漏电

 所以，LED连接集电极C，使小电流不会经过LED的部分，不会漏电。

PNP也有类似问题：

         用电器必须连接到PNP的下方C端，防止漏电

        

 设计规范

让三极管进入饱和状态的限流电阻一般是100Ω——47KΩ，常见用 4.7KΩ。

常见三极管开关电路

按键

光敏

此时不管光线如何变化，都能点亮LED

光线变化，LED变化：

有光亮，无光灭的效果（达文西发明 手电筒HHH）： 

 月亮管理员小胡的 【杂记】太阳能闪光灯-没有光绝对不会亮。_哔哩哔哩_bilibili

有光灭，无光亮：

 热敏 电位器

常见三极管放大电路

微电流感应电路

为啥多级放大加一个偏置电阻，就不在有微弱电流时发光了？

答：因为下电阻分走一部分电流，使点亮的阈值提高了～从而减少了灵敏度。

 数字放大电路的阈值判断

模拟信号放大电路

下面电路(左)，使麦克风内部的电阻变化，转换为电流波动 。输出连接到三极管电路B端（右图）

为啥麦克风产生的电流变成交流电？是有电流流动方向发生变化吗？

答：最简单的解释：没有声音信号的时候，话筒的输出为零，有信号时，话筒会输出正向电流或者负向电流，这就是话筒把声音信号转换成了交流电信号

去掉1MΩ，也可以实现进入放大状态(仅这个电路，其他不一定)；一旦输入电路改动，就可能使得放大状态偏移。

 要解决这个问题就要把 麦克风输入电路 和 三极管放大电路 隔离开

 电容：

        偏置电阻和麦克风分压后的不变的电压将不能通过电容，只有接收到声音，产生电压电流的波动，波动的部分属于交流的部分，可以进入三极管部分。

        所以无论输入端如何变动，只要最后用一个电容隔离，就能只通过纯净的模拟波形。

电容参数选择：

———————————————————————————————————————————

蜂鸣器设计。

在单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。

PNP与NPN两种三极管使用方法

上图中，横向左侧的引脚叫做基极b，有一个箭头的是发射极e，剩下的一个引脚就是集电极 c。

首先来说一下NPN型，这种型号的三极管在用于开关状态时，大都是发射极接地，集电极接高电平，基极接控制信号。

其次对于PNP型的三极管，用于开关状态时，一般都是发射极接高电平，基极接控制信号。三极管导通时，电流从发射极流向集电极。

要控制的那些(蜂鸣器，继电器等)一般放在集电极

三极管的开关原理

三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。

放大状态主要应用于模拟电路中，且用法和计算方法也比较复杂，我们暂时用不到。

而数字电路主要使用的是三极管的开关特性，只用到了截止与饱和两种状态。

三极管的用法特点，关键点在于 b 极（基极）和 e 级（发射极）之间的电压情况，对于PNP 而言，e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上，这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。

同理，NPN 型三极管的导通条件是 b 极比 e 极电压高 0.7V。

总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。

以上图PNP三极管为例，基极通过一个 10K 的电阻接到了单片机的一个 IO口上，假定是 P1.0，发射极直接接到 5V 的电源上，集电极接了一个 LED 小灯，并且串联了一个 1K 的限流电阻最终接到了电源负极 GND 上。

如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 1，那么e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降，这个时候，发射极和集电极也就不会导通，那么竖着看这个电路在三极管处是断开的，没有电流通过，LED2 小灯也就不会亮。

如果程序给 P1.0 一个低电平 0，这时 e 极还是 5V，于是 e 和 b 之间产生了压差，三极管 e 和 b 之间也就导通了，三极管 e 和 b 之间大概有 0.7V 的压降，那还有（5-0.7）V 的电压会在电阻 R47 上。这个时候，e 和 c 之间也会导通了，那么 LED 小灯本身有 2V 的压降，三极管本身 e 和 c 之间大概有 0.2V的压降，我们忽略不计。那么在 R41 上就会有大概 3V 的压降，可以计算出来，这条支路的电流大概是 3mA，可以成功点亮 LED。

三极管饱和状态

最后一个概念，电流控制。前边讲过，三极管有截止，放大，饱和三个状态。我们要让这个三极管处于饱和状态，就是我们所谓的开关特性，必须要满足一个条件。三极管都有一个放大倍数β，要想处于饱和状态，b 极电流就必须大于 e 和 c 之间电流值除以β。这个β，对于常用的三极管大概可以认为是 100。

那么上边的 R47 的阻值我们必须要来计算一下了。刚才我们算过了，e 和 c 之间的电流是 3mA，那么 b 极电流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA，大概有 4.3V 电压会落在基极电阻上，那么基极电阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K。电阻值只要比这个值小就可以，当然也不能太小，太小会导致单片机的 IO 口电流过大烧坏三极管或者单片机。

兼容有源蜂鸣器和无源蜂鸣器电路设计

在电路的设计过程中，往往会碰到需求变更，比如项目前期，对蜂鸣器的发声频率没有 要求，但后期有要求，需要更换为无源蜂鸣器，这时就需要修改电路图，甚至修改 PCB， 这样就增加了改动成本、周期和风险。

    有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的驱动电路区别主要在于无源蜂鸣器本质上是一个感性元件， 其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否则，在蜂鸣器两端会有反向感应 电动势，产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。而如果电路中工作电压较大，要使用耐压值较大的二极管，而如果电路工作频率高，则要选 用高速的二极管。这里选择的是 IN4148 的开关二极管。NPN 无源蜂鸣器控制电路图如下所示。