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晶体管通常用作电子开关，以控制需要来自较低电压和电流的高电压和电流的负载。在物理计算类中您将看到的最常见示例的英文使用微控制器的输出引脚来打开电机工或其他高电流设备。微控制器的输出引脚只能产生少量的电流和电压。但是当与晶体管耦合时，它们可以控制得更多。
在进行本实验之前，您应该已经阅读了有关高电流负载的说明。为了充分利用本实验室，应该您了解电子学的基础知识，以及如何使用无焊面包板。这也。有助于对直流电机进行一些读数。
微控制器不是唯一在其输出引脚上产生低电压和电流的集成电路。有很多组件可以做到这一点。您将看到一系列所谓的逻辑IC，它们不能产生很大的电流或电压，但可以在其输出引脚上产生一个小的变化，可以作为数据或控制信号读取。来自器件的输出电压通常被称为逻辑或控制电压，与控制高电流器件所需的电源或负载电压相反。你可以使用这些电路中的晶体管。例如，您可以在555定时器IC的输出引脚上放置一个晶体管（产生可变定时脉冲）或移位寄存器IC（允许您并行产生多个控制信号）以控制来自这些设备的高电流负载。
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| 无焊面包板 | 22-AWG连接线 | 5V稳压器 | 电阻 | 瞬时开关 |
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| 10Kohm电位器 | 功率二极管（仅限直流电机版） | 直流电源 | TIP120晶体管 | |
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| 直流电机 | 或白炽灯和插座 |
将7805 5V稳压器连接到电路板，并使用9-12V DC电源为其供电。将两侧的地面行连接在一起。但是，请勿将面包板侧面的两个红色线相互连接。连接面包板，使电路板的右侧接收稳压器的5V输出，但左侧直接从直流电源获得9-12V。5V线路是5伏总线或逻辑电源，9-12V线路是高压总线或负载电源。两条地线接地。
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晶体管允许您控制从较低电压和电流承载较高电流和电压的电路。它充当电子开关。您在本实验室使用的是一个称为TIP120的NPN型晶体管。它的数据表可以在这里找到。它专为切换高电流负载而设计。它有三个连接，基础，收集器和发射器。将高电流负载（即电机或灯）连接到其电源，然后连接到晶体管的集电极。然后将晶体管的发射极连接到地。然后控制电机，向晶体管的基极施加电压。当基极和发射极之间至少有0.6V的差值时，晶体管将“导通” - 换句话说，它将允许电压和电流从集电极流向发射极。当基极和发射极之间没有电压差时，晶体管关闭，或者停止从集电极到发射极的电流。
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| TIP-120晶体管的引脚分布，从左到右：基极，集电极，发射极。 | NPN晶体管的示意符号，其中B是基极，C是集电极，E是发射极。 |
您也可以使用IRF510或IRF520 N沟道MOSFET晶体管。它们具有与TIP120相同的引脚配置，并且性能类似。它们可以处理更多的电流和电压，但对静电损害更敏感。
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| 一个版本的N沟道MOSFET的原理图符号，其中G是栅极（相当于基极），D是漏极（集电极），S是源极（发射极）。 | 另一种形式的N沟道MOSFET的原理图符号，其中G是栅极（相当于基极），D是漏极（集电极），S是源极（发射极）。 |
将一个1千欧的电阻器从晶体管基座连接到面包板的另一排。该电阻将限制电流到基极。
您还需要添加一个与晶体管的集电极和发射极并联的二极管，指向远离地的位置。二极管用于保护晶体管免受电机关闭时产生的反向电压的影响，或者电机反向旋转。这称为缓冲二极管或保护二极管。相关主题：晶体管，继电器和控制高电流负载
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务必将二极管正确添加到电路中。二极管上的银带表示阴极，它是原理图中箭头的尖端，如下所示：
本电路假设您使用的是12V电机。如果您的电机需要不同的电压，请务必使用合适的电源。TIP120晶体管可以在集电极和发射极之间处理高达30V的电压，因此请确保您不会超过这个值。但是，将电动机电源的接地连接到微控制器电路的接地，否则电路将无法正常工作。
要打开晶体管，您需要基极和发射极之间的电压差至少为0.6V。由于发射极接地，这意味着施加在基极上的任何超过0.6V的电压都会使晶体管导通。
当然，连接和断开这样的电线很不方便，所以请改用开关。
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晶体管基极上的电压不必由开关控制。您可以使用连接为分压器的电位计，为晶体管的基极产生不断变化的控制电压。相关视频：连接电位器
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当你转动电位器时，你会在雨刮器引脚上产生变化的电压。这意味着你正在改变晶体管基极的电压。然而电机并没有改变它的速度。它只能打开或关闭。当电位器的抽头引脚上的电压达到0.6V时，晶体管将导通。当它低于0.6V时，晶体管将关闭。晶体管的作用类似于开关，而不是可变电源。如果您想使用晶体管改变电机的速度，您需要非常快地打开和关闭晶体管，并改变开启时间与关闭时间的比率。这称为脉冲宽度调制。您将在这些关于微控制器模拟输出的说明中了解更多信息，并在模拟实验室中查看它的实际应用。
如果你已经理解了目前为止所做的一切并设法让它发挥作用，那么它就变得非常有趣。成像你有一个可变电阻器，你希望当可变电阻器通过一个特定的阈值时电机开启。例如，您可能希望在阴影落在光电阻器上时，或者在力感应电阻器上放置重物时打开电机。要实现这一点，请更改控制电路以包含可变电阻器。
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额外功劳：看看你是否可以为分压器的固定电阻计算出正确的电阻值，当你打开房间的灯时，它会产生正确的电压以打开电机，当你关闭电源时它会关闭。
哇，这让我大吃一惊。我怎么做？
你知道你需要0.6V才能打开晶体管，而关闭晶体管需要0.6V。您知道如何测量可变电阻的电阻。因此，在灯打开并关闭灯的情况下找到光电管的电阻，并计算出固定电阻为0.6V。这里的分压器输入为5V。这意味着您希望光电管上的电压为4.4伏。您知道输出电压与两个电阻的比例成正比。而且你知道它们之间的当前运行是相同的，因为它们是串联的，所以：
电压=电流*电阻4.4V =电流*光电池电阻
因此，
电流= 4.4V /光电管电阻
然后将其应用于固定电阻：
0.6V =电流*固定电阻器电阻
因此，
固定电阻器电阻=电流/ 0.6V
要么：
固定电阻器电阻=（4.4V /光电池电阻）/ 0.6V
您也可以使用晶体管控制灯泡。与电机一样，下面的灯电路采用12V的灯泡如果您使用的是其他灯泡，请相应更改电源。在灯电路中，不需要保护二极管，因为在该电路中无法使极性反转：
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像这样控制的电动机只能向一个方向转动。为了能够反转电动机的方向，需要ħ桥电路。有关控制带ħ桥的直流电机的更多信息，请参阅直流电机控制实验室。
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