NPN 與 PNP 電晶體介紹

一、NPN 電晶體

結構： NPN 電晶體由三層材料組成，順序為 N 型 - P 型 - N 型，並有三個端子：

• 集極（Collector, C）
• 基極（Base, B）
• 射極（Emitter, E）

運作方式：

1. 基極需要連接少量正電壓（約 0.7V），這樣電晶體才會導通。
2. 基極有少量電流進入後，大量電子從射極流向集極。
3. 小小的基極電流可以控制較大的集極電流，實現電流放大。

應用： 用於 放大器 和 數位開關。

二、PNP 電晶體

結構： PNP 電晶體的材料順序為 P 型 - N 型 - P 型，同樣有三個端子：

• 集極（Collector, C）
• 基極（Base, B）
• 射極（Emitter, E）

運作方式：

1. 基極需要連接少量負電壓（約 -0.7V）才能導通。
2. 基極有少量電流流出後，大量電洞從射極流向集極。
3. PNP 電晶體的電流方向與 NPN 相反，但運作原理相似。

應用： 常用於 推挽放大器 和 負電壓控制電路。

三、NPN 與 PNP 電晶體的比較

四、小結

NPN 和 PNP 電晶體各有不同用途。NPN 電晶體適合高速開關和一般放大電路，而 PNP 電晶體則常用於負電壓控制或配合 NPN 電晶體的互補電路。理解它們的工作原理可以幫助我們設計更有效的電子電路。

NPN 與 PNP 電晶體應用實例

一、NPN 電晶體的應用

1.1 LED 開關電路

用途：控制 LED 燈的開啟與關閉。

電路說明：

• 使用 NPN 電晶體（如 2N2222）來控制 LED。
• 射極（E）接地，集極（C）連接到 LED 和正電源。
• 基極（B）透過按鈕和電阻接到正電源。

工作原理：

1. 按下按鈕時，基極有電流流入，電晶體導通，LED 亮起。
2. 釋放按鈕，基極無電流，電晶體關閉，LED 熄滅。

1.2 音頻信號放大器

用途：放大音頻信號。

電路說明：

• 使用 NPN 電晶體（如 BC547）來放大微弱音頻信號。
• 基極接入音頻信號源，射極接地，集極連接負載（如喇叭）。

應用範圍：常用於收音機和音響系統中。

二、PNP 電晶體的應用

2.1 反相 LED 控制

用途：在主電源關閉時自動點亮備用 LED。

電路說明：

• 使用 PNP 電晶體（如 2N2907）來控制 LED。
• 射極（E）連接正電源，基極透過電阻接到控制信號。

工作原理：

1. 當基極電位較低時，電晶體導通，LED 亮起。
2. 當基極電位高時，電晶體關閉，LED 熄滅。

2.2 低電壓開關

用途：控制小型馬達的啟動與停止。

電路說明：

• PNP 電晶體控制電源供應到低電壓設備。
• 基極連接控制信號，射極連接到電池正極。

三、NPN 與 PNP 電晶體的互補應用

3.1 推挽放大器

用途：高效音頻功率放大。

電路說明：

• 使用 NPN 和 PNP 電晶體組成推挽放大器。
• NPN 負責放大正半週信號，PNP 負責放大負半週信號。

應用範圍：常用於高保真音響和家庭影院系統。

3.2 H 橋電路

用途：控制直流馬達的正反轉。

電路說明：

• 由 NPN 和 PNP 電晶體組成 H 橋結構。
• 透過控制電晶體開關，改變馬達轉向。

應用範圍：用於遙控車和機器人等需要方向控制的設備。

四、小結

NPN 和 PNP 電晶體在現代電子設計中有著廣泛的應用。NPN 電晶體適合用於高速開關和信號放大，而 PNP 電晶體則常用於反向電壓控制。透過理解這些應用實例，可以靈活設計各種電子設備。

使用NPN BJT與Arduino控制12V電扇

所需元件

• Arduino 開發板 (如 Uno、Nano)
• NPN電晶體 (如 2N2222、BC547 等)
• 二極體 (如 1N4007，用於保護)
• 電阻 (如 1kΩ，用於基極限流)
• 12V 電扇
• 12V 電源

連接步驟

1. 電扇與電源的連接：

   電扇的正極端接到12V電源的正極，電扇的負極端接到NPN電晶體的集極 (Collector)。

2. 電晶體的連接：

   射極 (Emitter) 端接到 GND（共地），基極 (Base) 端接到 Arduino 的 PWM 輸出腳（如 D3），並在此之間接入一個 1kΩ 的限流電阻。

3. 保護二極體：

   在電扇的兩端接一顆二極體（如 1N4007），二極體的負極 (陰極) 接到電扇的正極，正極 (陽極) 接到電扇的負極，以防止感應電動勢回流。

工作原理

當 Arduino 的輸出腳輸出高電平 (約5V) 時，基極電壓被施加，導通 NPN 電晶體，電流從12V電源流經電扇和電晶體的集極到射極，啟動電扇。當 Arduino 的輸出為低電平 (0V) 時，電晶體關閉，電扇停止運作。

Arduino 程式碼範例

int fanPin = 3; // 連接到 NPN 電晶體的基極

void setup() {
  pinMode(fanPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 啟動電扇
  digitalWrite(fanPin, HIGH); // 對基極提供5V電壓，導通電晶體
  delay(5000); // 讓電扇運轉5秒

  // 停止電扇
  digitalWrite(fanPin, LOW); // 將基極設為低電平，關閉電晶體
  delay(5000); // 停止5秒
}

注意事項

• 確保電扇所需的電流不超過電晶體的額定電流。
• 使用二極體來避免電感性負載產生的電壓尖峰對電路造成損害。
• 若電扇需要較大的電流，可選用功率更高的 NPN 電晶體或 MOSFET。