【自学嵌入式：模电】 38. 三极管的放大特性

38. 三极管的放大特性

三极管应用案例：非接触式电笔

一、案例功能与市场信息

• 名称：拼多多非接触式电笔
• 核心功能：
  • 非接触式感应检测（无需直接接触电线，通过电场/磁场识别带电状态）
  • 零火线识别（区分电路中的火线与零线）
  • 线路通断检测（判断导线、开关等是否导通）
• 市场信息：
  • 售价约 29.9 元，成本预估仅 2 元左右（低成本得益于简化电路与通用元件）

二、工作原理详解（基于电磁感应 + 三极管多级放大）

1. 核心感应结构：金属片 J1 的作用

• J1 是一块小金属片，等效为“电容的一极”（与火线、空气形成简易电容结构）。
• 当 J1 靠近火线时，利用火线的交流电特性触发感应（下文详述）。

2. 电磁感应触发微弱信号

火线是 50Hz 交流电（电流方向/大小随时间周期性变化）：

• 电流变化 → 周围磁场同步变化 → 磁场变化使 J1 感应出微弱的电压和电流（因“电容耦合”与“电磁感应”效应）。

3. 三极管多级放大电路（Q1、Q2、Q3 的作用）

感应出的电流极其微弱（无法直接驱动 LED），需通过三级三极管（Q1、Q2、Q3）逐步放大：

1. 第一级（Q1）：J1 感应的微弱电流输入 Q1 基极 → Q1 对电流初次放大。
2. 第二级（Q2）：Q1 放大后的电流输入 Q2 基极 → Q2 二次放大电流。
3. 第三级（Q3）：Q2 放大后的电流输入 Q3 基极 → Q3 三次放大电流。

通过三级放大，最终输出约 20mA 电流（满足点亮 LED 的基本需求）。

4. 结果：驱动 LED 发光

放大后的 20mA 电流流经 LED（LED1），使其发光，实现“检测到带电”的可视化提示。

三、原理总结（简化流程）

火线交流电 → 磁场变化 → J1 感应微弱电信号 → 三极管三级放大（Q1→Q2→Q3） → 输出 20mA 电流 → 点亮 LED

该案例体现了三极管“小信号放大” 的核心价值：通过多级放大，将极微弱的感应电流转化为可驱动负载（LED）的实用电流，实现低成本、非接触式的电信号检测。