二、电路基础——三极管

1 三极管基本概念

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2 NPN三种工作状态

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2.1 NPN截止状态

条件：$V_{BE} < 0.6\,\text{V}$
特性：三极管不导通，$I_C \approx 0$
管压降：$V_{CE} \approx V_{CC}$

2.2 NPN放大状态

条件：$V_{BE} \approx 0.7\,\text{V}$，且 $V_{CE} > V_{CE(sat)}$
集电极电流：$I_C = \beta I_B$
发射极电流：$I_E = I_B + I_C = (\beta + 1) I_B$
管压降（假设发射极接地）：$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$

2.3 NPN饱和状态

条件：$V_{BE} \approx 0.7\,\text{V}$ 且 $I_B$ 足够大
特性：三极管完全导通，$I_C < \beta I_B$
管压降（饱和压降）：$V_{CE(sat)} \approx 0.1 \sim 0.3\,\text{V}$

3 PNP三种工作状态

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对于 PNP 三极管：

电流方向为：
- 发射极 → 基极：$I_E$
- 发射极 → 集电极：$I_C$
- 基极电流：$I_B$ 向外流出
电流关系式： $I_E = I_C + I_B$ $I_C = \beta I_B$

3.1 PNP截止区

条件：
- $V_{EB} < 0.6\,\text{V}$（基极电压高于发射极不足以导通）
- 三极管不导通
特性：
- $I_E \approx 0$
- $I_C \approx 0$
管压降（发射极对集电极）： $V_{EC} \approx V_{CC}$

3.2 PNP放大区

条件：
- $V_{EB} \approx 0.6 \sim 0.7\,\text{V}$
- 且 $V_{EC} > V_{EC(sat)}$
特性：
- $I_C = \beta I_B$
- $I_E = (\beta + 1) I_B$
电压关系（基极比发射极电压低约 0.6~0.7V）： $V_{EB} = V_E - V_B \approx 0.7\,\text{V}$
电压降（集电极负载 $R_C$，假设发射极连接电源 $V_{CC}$）： $V_{EC} = V_E - V_C = V_{CC} - I_C R_C$

3.3 PNP饱和区

条件：
- $V_{EB} \approx 0.7\,\text{V}$，且 $I_B$ 足够大
- $I_C < \beta I_B$
特性：
- 三极管充分导通
- 管压降最小
饱和压降（典型值）： $V_{EC(sat)} \approx 0.1 \sim 0.3\,\text{V}$

4 三极管输出伏安特性曲线

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5 用作开关的基本电路

5.1 NPN 开关电路

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5.1.1 导通过程

STM32的PA0口电压为3.3v时，be导通→ce导通→蜂鸣器发声
STM32的PA0口电压为0v时，be截止→ce截止→蜂鸣器无声

5.1.2 基极电阻大小选择

基极电阻大小的选择，也就是上图的R37

假设PA0的低电平为0，高电平为3.3v；灯（同上的蜂鸣器）的参数2V/20mA

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为了让三极管CE间的电压尽可能小，三极管处于一个深度饱和的状态。

\[\text{灯的限流电阻为 } \frac{5\,\text{V} - 2\,\text{V}}{20\,\text{mA}} = 150\,\Omega\] \[\text{一般 } I_B = \frac{1}{10} I_C = 2\,\text{mA}，\text{三极管导通电压 } V_{BE} = 0.7\,\text{V}\] \[R_b = \frac{3.3 - 0.7}{2\,\text{mA}} = 1.3\,\text{k}\Omega\]