单片机小白学步(22) IO口：蜂鸣器的使用/三极管的工作原理

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搭建完电路并烧写好程序，按下按键，LED会被点亮，同时蜂鸣器就能发出声音了。

三极管工作机制简要分析

三极管的特性分析比较复杂，这里我通过仿真进行简单介绍，三极管的原理和更多的深入知识，可以查阅相关模拟电路书籍。下图是我用Multisim软件仿真的电路（如果有兴趣自己仿真，请自行安装学习Multisim软件）。

图中左边的VCC通过可调电阻Rp分压，接到三极管基极，右边VCC通过一个电阻接到三极管集电极，三极管发射极接地。两个绿色箭头是Multisim中的探针，可以在黄色的框中显示导线上通过的电流大小，以及导线上的电压（也就是相对于GND的电压）。

我们把这个电路看成两个电流通路，分别是由紫色和橙色箭头标注。调节Rp到合适的位置，就会有电流通过基极，大小为Ib，也就是紫色通路的电流。由于三极管的特性，Ic即橙色通路的电流也会根据Ib而变化。从图中也可以看出来，左右两个探针显示的直流电流I(dc)分别为1.71nA和172nA（即Ib和Ic）。

如果调节Rp，如图Ib=3.33uA，此时Ic=333uA。多调整几次并观察结果，可以发现在一定范围内，始终近似有Ic=100*Ib（在模拟电路中，常直接用等号代表约等于，误差在所难免）。这正是三极管的放大特性。如果在基极接的是话筒，在集电极接喇叭，就可以放大声音信号了。当然实际电路还需要添加一些器件。而这里的100就是图中三极管的放大倍率，是三极管很重要的一个参数（所谓参数，就像电阻的阻值一样的道理）。

如果调节Rp，使基极电流Ib很大，例如图中Ib=1mA，此时Ic只有4.95mA，而不是100mA，不满足前面的条件了。前面说的是在一定范围内，Ic=100*Ib，也就是两者成正比，叫做三极管的线性区，也叫放大区。而如果基极和发射极之间电压太大，超过一定范围，就进入了三极管的饱和区，Ic的值比较大；反之，如果电压太小就会进入截止区，在截止区，Ic很小，几乎为0。正是利用这个特性，我们可以把单片机IO口接在基极，而在三极管集电极连接蜂鸣器，从而进行控制。

备注1：仿真电路有很大的局限性，只能在一定程度上模拟实际电路。实际电路很复杂，例如导线有电阻，但是仿真软件的设计很难考虑这么多因素，还有一些目前仍然未知的问题也不能考虑到。所以仿真结果只能作为参考。例如上面这个电路，我发现即使不断调节Rp，让滑片直接移动到5V的那一端，基极电压却仍然没有达到5V，和实际电路中并不相符。

备注2：前面说单片机IO口使用了电子开关，就类似于上面的三极管电路，不过单片机中实际用的一般是MOS管。

备注3：为了让三极管工作在放大区，常常使用电阻使基极和发射极之间电压保持在一定的范围内。这个过程叫做静态工作点的设置。设置好静态工作点，然后在其上叠加需要放大的幅度较小的交流信号（如果直接加交流信号，不会工作在放大区）。

备注4：三极管作为电子开关时，虽然不工作在放大区，但是仍然起到了电流放大的作用，只是不满足线性区的放大倍数关系。上图中的Rp如果换成一个固定电阻和一个阻值随温度变化的热敏电阻，三极管放大倍数足够大的情况下，就可以做成热敏开关，可以根据温度控制LED的开关，而电子开关也因此得名。

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