mBlock & Arduino（15）认识晶体管与继电
小小云提示：教程作者caterpillar是来自台湾的programmer（kinda），所以在一些专有名词的使用上会和我们这边使用的不太一样啦，不过作者也有标注出英文名称，大家自行转换哟(⁎⁍̴̛ᴗ⁍̴̛⁎)
Arduino 的 I/O 脚位可供给的电压、电流有限，只能用于 LED 这类小元件，对于需要更高电压或电流的设备，像是直流马达、大型电器等就没办法负担，对于小型直流马达等元件，可以使用晶体管（Transistor）来供给较大量的电流，对于大型电器，可以透过继电器（Relay）来控制。
认识晶体管
实际上，提到晶体管时，多半是指双极型晶体管（Bipolar junction transistor, BJT），依组合的半导体材料，可以分为 NPN 与 PNP 两大类，以 NPN 晶体管为例，是由 N 型半导体与 P 型半导体组合而成：
晶体管有两接面、三个端点，端点分别为集极（Collector）、基极（Base）与射极（Emitter），NPN 晶体管的基本特性是，射极电流 Ie 为基极电流 Ib 与集极电流 Ic 之和，而增益 α = Ic / Ie，β = Ic / Ib，Ib 通常远小于 Ic。
当三个端点施加之偏压不同时，晶体管会处于不同状态：
B-E 为顺向偏压，且 B-C 为顺向偏压时，此时晶体管状态处于饱和区（Saturation region），此时 C 与 E 可视为短路，依电路实际连接情况，Ic 会处于一个饱和电流值。
B-E 为逆向偏压，且 B-C 为逆向偏压时，此时电晶体状态处于截止区（Cutoff region），此时 C 与 E 可视为开路，不过，实际上还是会有少量电流通过，这个现象称为“漏电”（Leakage）。
B-E 为顺向偏压，且 B-C 为逆向偏压时，此时晶体管状态处于动作区（Active region），此时可用于信号放大。
各区实际的偏压，以及 α、β 等值，需要查询晶体管的规格书而定，如果想将晶体管作为开关使用，基本电路之一如下：
如果 Vi 处于高电位状态，那么流经基极的电流 Ib 就是 (Vi – Vbe) / Rb，而流经集极的电流就是 Ic = β * Ib，因此，可以用 Rb 来控制流经 Rl 的电流。
举个例子来说，以下的电路连接，可以让我手边的 2N3904 电晶体驱动一个直流小马达（不过会很烫，不要通电太久…XD）：
你可以透过一个小程式来测试一下：
执行程式的话，你就会看到直流马达每转动一秒就停一秒，如果你直接将直流马达一端接到脚位 D8，一端接 GND，在脚位为高电位时，会因为电流不足，无法驱动直流小马达。
如果想驱动 9V 或 12V 以上的马达，可以如下：
由于马达是电力产生磁力，而磁力与马达内部磁铁作用而产生转动，为了避免马达停止供电瞬间而产生的反动电压，会加上一个二极体加以保护。
（如果想运用晶体管提供更大的电流来驱动马达，可以使用两个或多个晶体管的组合，像是达灵顿晶体管；有些 Arduino 相容板，像是Motoduino，本身就内建了可驱动马达的电路，想做马达驱动相关产品时很方便。）
认识继电器
如果要控制电力需求更大的电器，那么可以使用继电器，若是常见的电磁式继电器，其运作原理可使用下图来表示：
当脚位 D8 送出高电位时，晶体管会导通而使得线圈通过电流，因而产生磁力将开关吸合，因而导通电路，脚位 D8 送出低电位时，电流停止通过线圈，磁力消失而开关回到原位，为了避免反动电压，会加上一个二极体保护。
市面上有一些继电器模组，本身已经将相关电阻、二极体与晶体管兜好，例如我手边这颗 Keyes_SRly，还有 LED 显示继电器是否作动：
如果你买的继电器，只是上头蓝色的元件，那么就必须如先前介绍，自行将相关电阻、二极体与晶体管兜好，如果是继电器模组，就只可以直接使用。
首先要注意的是继电器本身的规格，例如上头 SRD-05VDC-SL-C 这个继电器，适用于 10A 的 250V 与 125V 交流电源，以及 10A 的 30V 与 28V 直流电源。
继电器模组上有三个接点，中间那个是共用接点（COMMON），相当于先前概要图中的第 2 个接点，NO 表示常开（Normal Open），也就是平时与共用接点保持开路，相当于先前概要图中第 3 个接点，NC 表示常关（Normal Close），表示平时与共用接点处于接通状态。
继电器的接脚有三个，也就是会有 Vcc、GND 以及开关三个接脚，为了安全起见，这边还是使用继电器控制直流小马达来试试看：
同样只要使用上头撰写的小程式，测试看看直流小马达是否如预期般运作（你还可以听见继电器吸合时滴答滴答的声音）。
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整理：宁波家电物联网云平台，中科极动云
