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mBlock & Arduino（15）認識電晶體與繼電器
Arduino 的 I/O 腳位可供給的電壓、電流有限，只能用於 LED 這類小元件，對於需要更高電壓或電流的設備，像是直流馬達、大型電器等就沒辦法負擔，對於小型直流馬達等元件，可以使用電晶體（Transistor）來供給較大量的電流，對於大型電器，可以透過繼電器（Relay）來控制。
認識電晶體
實際上，提到電晶體時，多半是指雙接面電晶體（Bipolar junction transistor, BJT），依組合的半導體材料，可以分為 NPN 與 PNP 兩大類，以 NPN 電晶體為例，是由 N 型半導體與 P 型半導體組合而成：
電晶體有兩接面、三個端點，端點分別為集極（Collector）、基極（Base）與射極（Emitter），NPN 電晶體的基本特性是，射極電流 Ie 為基極電流 Ib 與集極電流 Ic 之和，而增益 α = Ic / Ie，β = Ic / Ib，Ib 通常遠小於 Ic。
當三個端點施加之偏壓不同時，電晶體會處於不同狀態：
- B-E 為順向偏壓，且 B-C 為順向偏壓時，此時電晶體狀態處於飽和區（Saturation region），此時 C 與 E 可視為短路，依電路實際連接情況，Ic 會處於一個飽和電流值。
- B-E 為逆向偏壓，且 B-C 為逆向偏壓時，此時電晶體狀態處於截止區（Cutoff region），此時 C 與 E 可視為開路，不過，實際上還是會有少量電流通過，這個現象稱為「漏電」（Leakage）。
- B-E 為順向偏壓，且 B-C 為逆向偏壓時，此時電晶體狀態處於動作區（Active region），此時可用於信號放大。
各區實際的偏壓，以及 α、β 等值，需要查詢電晶體的規格書而定，如果想將電晶體作為開關使用，基本電路之一如下：
如果 Vi 處於高電位狀態，那麼流經基極的電流 Ib 就是 (Vi - Vbe) / Rb，而流經集極的電流就是 Ic = β * Ib，因此，可以用 Rb 來控制流經 Rl 的電流。
舉個例子來說，以下的電路連接，可以讓我手邊的 2N3904 電晶體驅動一個直流小馬達（不過會很燙，不要通電太久…XD）：
你可以透過一個小程式來測試一下：
執行程式的話，你就會看到直流馬達每轉動一秒就停一秒，如果你直接將直流馬達一端接到腳位 D8，一端接 GND，在腳位為高電位時，會因為電流不足，無法驅動直流小馬達。
如果想驅動 9V 或 12V 以上的馬達，可以如下：
由於馬達是電力產生磁力，而磁力與馬達內部磁鐵作用而產生轉動，為了避免馬達停止供電瞬間而產生的反動電壓，會加上一個二極體加以保護。
（如果想運用電晶體提供更大的電流來驅動馬達，可以使用兩個或多個電晶體的組合，像是 達靈頓電晶體；有些 Arduino 相容板，像是 Motoduino，本身就內建了可驅動馬達的電路，想做馬達驅動相關產品時很方便。）
認識繼電器
如果要控制電力需求更大的電器，那麼可以使用繼電器，若是常見的電磁式繼電器，其運作原理可使用下圖來表示：
當腳位 D8 送出高電位時，電晶體會導通而使得線圈通過電流，因而產生磁力將開關吸合，因而導通電路，腳位 D8 送出低電位時，電流停止通過線圈，磁力消失而開關回到原位，為了避免反動電壓，會加上一個二極體保護。
市面上有一些繼電器模組，本身已經將相關電阻、二極體與電晶體兜好，例如我手邊這顆 Keyes_SRly，還有 LED 顯示繼電器是否作動：
如果你買的繼電器，只是上頭藍色的元件，那麼就必須如先前介紹，自行將相關電阻、二極體與電晶體兜好，如果是繼電器模組，就只可以直接使用。
首先要注意的是繼電器本身的規格，例如上頭 SRD-05VDC-SL-C 這個繼電器，適用於 10A 的 250V 與 125V 交流電源，以及 10A 的 30V 與 28V 直流電源。
繼電器模組上有三個接點，中間那個是共用接點（COMMON），相當於先前概要圖中的第 2 個接點，NO 表示常開（Normal Open），也就是平時與共用接點保持開路，相當於先前概要圖中第 3 個接點，NC 表示常關（Normal Close），表示平時與共用接點處於接通狀態。
繼電器的接腳有三個，也就是會有 Vcc、GND 以及開關三個接腳，為了安全起見，這邊還是使用繼電器控制直流小馬達來試試看：
同樣只要使用上頭撰寫的小程式，測試看看直流小馬達是否如預期般運作（你還可以聽見繼電器吸合時滴答滴答的聲音）。
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