电路学习（六）三极管
三极管是一种电流驱动元器件（MOS管为电压驱动），在电路中可以充当开关，放大电流等作用。
本文章参考了尚硅谷的视频资料。
1. 什么是三极管？
三极管又被称为晶体三极管（Bipolar Junction Transistor，BJT），三极管由3个半导体材料构成，是一种电流控制器件，可以通过小电流控制大电流（工作在放大区）。
如下图所示，N型半导体和两个N型半导体形成了两个PN结，要想此三极管（N型三极管）导通，只需导通下方PN结，即让电流从P流向N。在下方PN结通过电流增加的过程中，P型半导体内部的负电荷逐渐增加（P型半导体内的空穴吸引负电荷），则P型半导体和两个N型半导体之间的导通性逐渐增强。此时在两个N端接上更大电流，便可以通过下方的PN结控制电流通断，即小电流控制大电流。
2. 三极管分类
2.1 N型三极管：
N型三极管是两个N型半导体，中间参杂一个P型半导体组成，当基极B和发射极E之间有电流（大于导通电流）时可导通三极管。箭头方向为电流方向，电流方向总是由P指向N。
N型三极管的电流方向是由集电极C指向发射极E。
2.2 P型三极管：
P型三极管由两个P型半导体，中间参杂一个N型半导体组成。对于P型半导体发射极E发射的是空穴载流子。
当发射极E和基极B之间有电流（大于导通电流）时，三极管导通。电流由发射极E流向集电极C。
2.3 三极管区分：
3. 三极管基本特性：
由上述三极管结构可知，三极管可以控制电路的通断、放大电流信号。三极管有3种工作状态，分布为截止状态、放大状态和饱和状态。根据这三种工作状态，三极管在电路中充当开关（模拟电路）、信号放大（模拟电路）等作用。
三极管的最大耐压值是指集电极C和发射极E之间的最大耐压值，当CE间电压大于最大耐压值时会损坏三极管。所以，在选择三极管时需要根据电路选择耐压值合适的三极管。
3.1 三极管的开关作用：
在数字电路中，三极管可以充当开关。当BE间电流大于三极管导通电流时，CE被导通。此时电流从C流向E（N型三极管）。
在单片机电路中，MCU通过控制B极的输入信号（高低电平），从而控制CE之间的导通状态，实现“开关”功能。需要注意的是三极管由半导体组成，所以即使三极管完全导通（饱和状态），也不能当作导线，因为存在导通压降（克服内部电场电压）。
基极B和发射极之间无电流时，三极管断开：
当基极B和发射极E之间有导通电流时，三极管处于饱和状态（完全导通，但是存在导通压降）：
3.2 三极管信号放大作用：
三极管信号（电流）放大的原理是当基极B和发射极E之间电流越大（但是小于饱和电流）时，漏极D和发射极E之间通过的电流越大（本中描述的是N型半导体，P型半导体同理）。因此当多个三极管连接到一起时，可以增大放大效果，实现小电流控制大电流（当然一个三极管本身也具有放大作用）。
三极管对电流的放大作用为：
β是三极管的放大倍数。
如下图，3.81mA电流驱动三极管可以让LED点亮：
在多个三极管组成的放大电路中，只需43.3uA，便可以驱动LED，以小电流控制电流。
在上述两个电路图中，实际应用时会将LED放在Q2上方，防止BE间的小电流驱动LED。
4. 三极管的常见作用
如第3节所述，三极管常被当作开关、信号放大器使用。本小节介绍三极管的其他常见用法。
4.1 三极管的反向输出功能：
三极管基极B电压与集电极C之间的电平信号相反。当开关闭合时集电极信号为低电平（导通压降，不是完全为0，但是通常导通压降较小，小于外部电路的触发电平信号时，可以认为时低电平），当开关断开时，集电极C为高电平（电源电压）。
若接了LED，则需接上下拉电阻，否则在开关开闭时会出现高电压（二极管存在寄生电容，电容两端相对电压无法突变，所以在开关断开瞬间会产生很大电压，可能损坏电路）。
这里开关断开时，示波器出现的毛刺可以通过减小集电极C处的电阻而降低。因为当集电极C处电阻小时，三极管分得的电压就大，在开关断开时（三极管存在寄生电容，会形成自举电容，导致电压升高），三极管处的电压大便可以快速的让内部残余电子流出去（电压大会将电子从N往P挤压），从而减少三极管寄生电容和电感的影响。
从上图中可以看出虽然减小集电极C上方电阻后，降低了开关断开时的毛刺，但是电压上升到电源电源的时间增加了。所以在实际应用时需要结合后级电路需要的响应时间、对瞬间毛刺电压的承受能力，再去决定是否需要减小电阻值。
4.2 三极管上拉电阻和下拉电阻：
在数字电路中（三极管充当开关），三极管若不加上拉电阻或者下拉电阻，则B极可能收到外部环境影响产生微小电流而导通三极管（工频干扰）。
对于NPN型三极管需要加下拉电阻，防止干扰。同时给三极管一个默认情况下的确定电平：
PNP型三极管接上拉电阻：
5. 三极管参数：
6. 总结：
三极管常在电路中实现开关和信号放大功能，利用三极管的特性可以设计出期望的电路，从而实现对后级元器件的控制、信号放大等。