单片机控制三极管原理

1、三极管应用很多初学单片机的网友都问过我，关丁如何确定数码管的限流电阻问题。我想这是对电路不理解造 成的。因此在这就用最通俗的方法说说基础的电子知识。首先就说说三极管，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®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左边

2、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1mAW，就允许100mA勺电流通过Ice。我这么说大家能理解吗？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。Vee 10vVcc lOvEb 1OKRc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 10

3、V+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 X 50 Q = 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 士 1K= 10mA这样按照放大倍数100算，Ic就是不是就为1000m/就是1A了呢？假如真的为1安, 那么Rc上的电压为1AX 50Q= 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寸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

4、电阻，它就相当丁是个固定开度 的阀门，它申在这个主水管的上面，当下面那个可控制的阀开度到大丁上面那个固定电阻的开度时， 水流就不会再增大而是等丁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+ 50 Q= 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2mAM,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200mM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：8AT89S51/52-oF1-P3的毒个I。

5、口在单片机内有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乂是怎么样的呢？我们还是用水管流水的例子来说明。P = 1P = 0假设我们让R的这个阀开的较大，让下面那个控制阀全关，

6、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：R关得很小，将下面的控制阀全关，这时 P点的压力仍旧会 但当我们将控制阀开大时，如图 4, P点的压力虽然也同样 这样我们既能输出 1或者0。但消耗的水却很少。单片机R大约为50K,最大电

7、流是5V+ 50七0.1mA。也就是说，当见图3,如果我们将上面那个阀门 是水箱的压力，和上面图1是一样的： 为0,但这时通过的水流就大大减少了。 里的电路正是这样做的，它上面的电阻 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，因此对丁初学者来说，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。VccAT89S51/52我们先来看看接TTL器件的情况，当P1.0接到74HC373勺一个输入脚上时，因为TTL器件的输入阻 抗很高，大约几白K到M欧姆级。这就相当丁 P1.0接了个500K（我们假

8、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。由丁电阻分压的作用，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+ 500Q= 0.009mA贝UP1.0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。AT89S51/52-CF1.00先来看看图7的情况，很显然，发光管的方向为上正

9、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) 士 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

10、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：AT89S51/52Vcc i6 OK先看图9,在P1.0端和Vcc间接上个电阻Rio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士 15m缶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） 士 50K= 0.06mA,很小

11、我们可以忽略不计了。流 过Ri上的电流为（5V 2.1V） 士 330Q= 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,在和发光管申联一个电阻后接在 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） 士 15m缶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勺电流，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：A B