第 9 章　電晶體

本章目標

學完這一章，你會：

• 用「小電流控制大電流的水閥」來解釋電晶體（Transistor）在做什麼。
• 認出 2N2222 的三隻腳 E、B、C，並且畫得出 NPN 電晶體的符號。
• 自己算出基極電阻要用多大，才能讓電晶體「完全打開」去推動馬達。
• 用 Arduino 經過電晶體開關一顆馬達，並在示波器上看到集極電壓跟 Arduino 腳位「剛好相反」。
• 說出 MOSFET IRLZ44N 的 G、D、S 腳，以及它和 2N2222 的差別、什麼時候該用哪一個。

開場：Arduino 推不動馬達

社團裡有一位同學想做一台小風扇。他把小直流馬達一腳接 Arduino 的 D9、另一腳接 GND，程式寫 digitalWrite(9, HIGH)。結果馬達只是「嗡」地抖了一下就不動了，過一會兒 Arduino 的晶片還微微發熱。

問題出在哪？第 4 章我們量過：Arduino 的一隻腳位最多只能給大約 20 mA（硬撐 40 mA 就可能燒掉），可是小馬達起動時要吃幾百 mA。這就像叫一個小學生去推卡車——推不動，還會受傷。

我們需要一個「幫手」：Arduino 只要用一點點電流去「指揮」它，它就能用自己的力氣推動馬達。這個幫手就是電晶體，它是電子世界最重要的元件——你手機裡的晶片，就是幾十億顆電晶體擠在一起。這一章只教它最常用的功能：當開關。學會之後，Arduino 想開馬達、繼電器、LED 燈條，通通沒問題。

核心概念

用小電流控制大電流：水閥比喻

想像一條粗大的水管，中間裝了一個閥門。這個閥門很特別：它不是用手轉的，而是旁邊有一根細細的小水管，只要小水管裡有一點點水流進來推動閥門，大水管的閥門就會打開，讓大量的水通過。小水管的水越多，大閥門開得越大；小水管沒水，大閥門就關起來。

電晶體就是這樣的閥門：

• 大水管 = 從集極（C）流到射極（E）的大電流，我們叫它集極電流 I_C。
• 小水管 = 從基極（B）流到射極（E）的小電流，叫基極電流 I_B。
• 規則：I_C 大約等於 β × I_B，β（念「beta」）叫電流放大倍數，2N2222 的 β 大約在 100 到 300 之間。

換句話說，Arduino 只要送 1 mA 的小電流進基極，電晶體就可以讓 100 mA 以上的大電流從集極流到射極。這就是「用小電流控制大電流」。

NPN 電晶體的三隻腳：E、B、C

本書用的 2N2222 是一顆 NPN 電晶體（還有另一種叫 PNP，方向相反，本書不用）。它是黑色半圓柱的塑膠包裝，一面是平的、印著字。把平的那一面朝向自己，腳朝下，由左到右是 E、B、C：

          ┌─────────┐
          │  2N2222 │   ← 平面（印字那一面）朝向自己
          │         │
          └─┬──┬──┬─┘
            │  │  │
            E  B  C
           射極 基極 集極
       （Emitter）（Base）（Collector）

注意：有些 2N2222 是金屬圓罐包裝（TO-18），腳位排法不同。本書假設你拿到的是黑色塑膠包裝（TO-92）。拿到不確定的元件，就用三用電表的二極體檔確認（見「用儀器看看」）。

電路符號長這樣，記法：箭頭在射極上，NPN 的箭頭朝外：

            C（集極）
            │
            │
     B ─────┤
    （基極）  │╲
            │ ╲
            │  ▼
            E（射極）

三隻腳的分工：

• 基極 B：控制腳。小電流從這裡進來。
• 集極 C：大電流從這裡進來（「收集」電流）。
• 射極 E：大電流和小電流都從這裡出去（「射出」電流），接 GND。

基極和射極之間其實就像一顆二極體：要讓電流流進基極，B 要比 E 高大約 0.7V，這個 0.7V 跟上一章的二極體壓降是同一回事，我們寫成 V_BE ≈ 0.7V。

放大倍數 β 與「飽和」：把閥門開到底

既然 I_C = β × I_B，那是不是 I_B 越大，I_C 就可以無限大？當然不行。集極電流最多能流多少，是由外面的電路決定的：例如 5V 電源接一顆馬達，馬達轉動時只需要 200 mA，電晶體再怎麼開，也只能流 200 mA——因為水管就那麼粗。

這時候我們說電晶體**飽和（Saturation）**了：閥門已經開到底，集極和射極之間幾乎短路，只剩大約 0.1–0.3V 的壓降（叫 V_CE(sat)）。這是當開關時最理想的狀態：電壓很小 × 電流 → 功率很小 → 電晶體不發熱。

相反地，如果基極電流不夠，閥門只開一半，馬達拿不到足夠的電流（轉得慢或不轉），而且集極和射極之間會落下好幾伏特——例如 2.5V × 0.2A = 0.5W，一顆小小的 2N2222 最多只能承受大約 0.5W，它會變得很燙。

結論：當開關用時，一定要給足夠的基極電流，讓電晶體飽和。 寧可多給一點，也不要剛剛好。

基極電阻怎麼算

Arduino 腳位輸出 HIGH 是 5V，基極對 GND 是 0.7V，所以中間那顆基極電阻 R_B 兩端的電壓是 5 − 0.7 = 4.3V。基極電流就是：

I_B = （5V − 0.7V） ÷ R_B

本書的標準接法是 R_B = 1kΩ：

I_B = 4.3 ÷ 1000 = 0.0043 A = 4.3 mA

β 保守取 100（規格書上的最低值），那電晶體最多可以讓多少集極電流通過？

I_C(最大) = β × I_B = 100 × 4.3 mA = 430 mA

也就是說，只要負載需要的電流在 430 mA 以內，電晶體都會乖乖飽和。我們的小馬達 100–300 mA、繼電器線圈 70 mA、蜂鳴器 30 mA 都在範圍內，所以 1kΩ 可以用。而 4.3 mA 對 Arduino 腳位來說也只是 20 mA 上限的五分之一，很安全。

反過來看，如果有人隨手拿了 100kΩ 當基極電阻：

I_B = 4.3 ÷ 100000 = 0.000043 A = 43 µA → I_C(最大) = 100 × 43 µA = 4.3 mA

4.3 mA 連 LED 都只能點到微亮，馬達完全不會動，而且電晶體會因為沒飽和而發熱。所以基極電阻不是越大越省電，要算。

一個常用的簡單規則：算出來需要的 I_B 再乘 2 到 5 倍，確保飽和。

電晶體當開關：低邊開關的標準接法

本書所有「用 Arduino 開關某個東西」都用同一種接法，叫低邊開關（Low-side Switch），因為電晶體接在負載的「下面」（GND 那一邊）：

                 +5V
                  │
              ┌───┴───┐
              │ 負載  │  （馬達、繼電器線圈、蜂鳴器、LED+電阻……）
              └───┬───┘   如果是馬達或線圈，要並聯 1N4007，白線朝上
                  │ C
 Arduino 腳位 ──[ R_B ]──┤ B   2N2222
                  │ E
                  │
                 GND（和 Arduino 共地）

四個重點：

1. 負載接在 +5V 和 C 之間。
2. E 接 GND，而且一定要跟 Arduino 的 GND 接在一起（共地），不然基極電流沒有回路。
3. 基極電阻 1kΩ 不能省：沒有它，Arduino 會直接把 5V 灌進 0.7V 的 B-E 二極體，電流暴衝，腳位燒掉。
4. 馬達、繼電器線圈這種「有線圈」的負載，一定要並聯飛輪二極體（第 7 章）。

MOSFET：用電壓控制的開關

2N2222 很好用，但它有兩個小缺點：需要「餵」基極電流、飽和時還有 0.1–0.3V 的壓降（電流大時會發熱）。要推動 1A 以上的東西，我們改用另一種電晶體：MOSFET（金氧半場效電晶體）。本書用的是 N 通道的 IRLZ44N。

MOSFET 也有三隻腳，名字不同：

• 閘極 G（Gate）：控制腳，對應 BJT 的 B。
• 汲極 D（Drain）：大電流流入，對應 C。
• 源極 S（Source）：大電流流出，對應 E，接 GND。

IRLZ44N 是比較大顆的 TO-220 包裝，背面有一片金屬散熱片。印字那面朝向自己，腳朝下，由左到右是 G、D、S：

          ┌───────────┐
          │     ○     │  ← 金屬散熱片的鎖孔（散熱片和 D 腳是相通的！）
          │  IRLZ44N  │     印字那一面朝向自己
          │           │
          └─┬───┬───┬─┘
            │   │   │
            G   D   S
          閘極  汲極  源極
      （Gate）（Drain）（Source）

MOSFET 和 2N2222 最大的差別是：它靠電壓控制，不靠電流。 閘極像是一個電容，你只要把它充到夠高的電壓（IRLZ44N 大約 2V 就開始導通，5V 就完全打開），它就開了，之後幾乎不吃電流。而且它打開之後，D 和 S 之間就像一條電阻只有 0.022Ω 的電線，叫 R_DS(on)。

算一個例子：流 1A 的電流，IRLZ44N 兩端的壓降是 1 × 0.022 = 0.022V，發熱功率 = 0.022V × 1A = 0.022W，幾乎不熱。同樣 1A 給 2N2222，它根本撐不住（最大 800 mA），就算撐住也有 0.3V × 1A = 0.3W。

IRLZ44N 標準接法：

                 +5V
                  │
              ┌───┴───┐
              │ 負載  │   馬達要並聯 1N4007，白線朝上
              └───┬───┘
                  │ D
 Arduino 腳位 ──[ 220Ω ]──┬──┤ G   IRLZ44N
                      │   │ S
                  [ 10kΩ ]│
                      │   │
                     GND ─┴── GND

• 220Ω：閘極像電容，剛開關時會有一瞬間的充電電流，這顆電阻讓它溫和一點。
• 10kΩ 接到 GND：叫下拉電阻。Arduino 還沒開機或腳位沒設定時，閘極會「飄」在空中，MOSFET 可能自己亂開；10kΩ 把它拉在 0V，確保平常是關的。
• 注意 IRLZ44N 的名字裡有「L」，代表 Logic-level（邏輯準位），5V 就能完全打開。一般的 IRFZ44N（沒有 L）需要 10V，Arduino 推不動，買的時候要看清楚。

達靈頓：兩個電晶體手牽手

如果一顆電晶體放大 100 倍不夠，可以把兩顆接在一起：第一顆的射極接到第二顆的基極，兩顆的集極接在一起。這樣第一顆放大 100 倍、第二顆再放大 100 倍，總共 100 × 100 = 10000 倍！這種接法叫達靈頓（Darlington）。

              C（共用）
          ┌───┴───┐
          │       │ C
   B ─────┤ Q1    │
          │╲      │
          ▼ E ────┤ B   Q2
                  │╲
                  ▼ E
                  │
                 GND

代價是：基極要比射極高兩個 0.7V（1.4V）才會導通，而且飽和壓降也變高（約 0.9V）。實驗 9-1 我們會用達靈頓做一個「手指碰一下就亮」的觸控開關。

動手做

實驗 9-1：用小電流點亮 LED，再做手指觸控開關

材料

• 2N2222 NPN 電晶體 2 顆
• 紅色 LED 1 顆
• 220Ω 電阻 1 顆
• 10kΩ 電阻 1 顆、100kΩ 電阻 1 顆
• 按鈕開關 1 個
• Arduino UNO（只用 5V 與 GND 當電源）
• 麵包板、杜邦線
• 數位三用電表

接線（第一階段：單顆電晶體）

 +5V ──[ 220Ω ]──►|───────┐
                 LED      │ C
 +5V ──[ 按鈕 ]──[ 10kΩ ]──┤ B   2N2222
                          │ E
                          │
                         GND

• Arduino 5V → 220Ω → LED 長腳；LED 短腳 → 2N2222 的 C。
• Arduino 5V → 按鈕一腳；按鈕另一腳 → 10kΩ → 2N2222 的 B。
• 2N2222 的 E → GND。

步驟

1. 照圖接好。沒按按鈕時，LED 應該不亮（基極沒電流，閥門關著）。
2. 按住按鈕，LED 亮。按住的同時用電表量：B 對 GND 的電壓（V_BE）、C 對 GND 的電壓（V_CE）、10kΩ 兩端的電壓（用來算 I_B = 電壓 ÷ 10000）、220Ω 兩端的電壓（用來算 I_C = 電壓 ÷ 220）。
3. 把 10kΩ 換成 100kΩ，重做步驟 2。LED 有沒有變暗？V_CE 有沒有變高？
4. 把 100kΩ 和按鈕都拔掉，改成：一根杜邦線接 5V、另一根接 B，兩根線的另一端都露出來。用兩隻手指分別捏住兩根線的金屬部分（可以先把手指沾濕一點），看 LED 有沒有反應。你的身體電阻大概是幾十萬到幾百萬 Ω，現在它就是基極電阻。
5. 第二階段：加第二顆 2N2222 做達靈頓。接線改成：

 +5V ──[ 220Ω ]──►|───────┬─────────┐
                 LED      │ C       │ C
 杜邦線（手指）──────────────┤ B  Q1   │
                          │ E       │
                          └─────────┤ B  Q2
                                    │ E
                                    │
                                   GND

• Q1 的 C 和 Q2 的 C 接在一起 → LED 短腳。
• Q1 的 E → Q2 的 B。
• Q2 的 E → GND。
• 手指的杜邦線接 Q1 的 B（另一根還是接 5V）。

6. 再用手指捏住兩根線，比較 LED 的亮度跟步驟 4 差多少。

你應該看到

第一階段用 10kΩ：LED 正常亮。V_BE 約 0.7V，V_CE 約 0.05–0.2V（飽和），10kΩ 兩端約 4.3V → I_B ≈ 0.43 mA，220Ω 兩端約 2.9V → I_C ≈ 13 mA。你會發現 I_C ÷ I_B ≈ 30，比 β 小很多——這很正常，因為電晶體已經飽和，集極電流被 220Ω 限制住了，閥門開到底也只能流這麼多。

換成 100kΩ：I_B 只剩約 43 µA，β 取 100 的話最多只能供 4.3 mA。LED 可能變暗一點，也可能還是亮（因為你拿到的那顆 β 可能有 200 以上），但 V_CE 會明顯變高。

手指當電阻：單顆電晶體時 LED 可能只有一點點微光，甚至看不出來。換成達靈頓之後，手指一碰 LED 就清楚地亮起來，因為放大倍數變成一萬倍。恭喜你做出了觸控開關！（整個電路只有 5V，手指碰完全安全。）

觀察與記錄

實驗 9-2：Arduino 經電晶體開關馬達，示波器看集極反相

材料

• Arduino UNO 與 USB 線
• 2N2222 NPN 電晶體 1 顆
• 1kΩ 電阻 1 顆
• 小直流馬達（3–6V）1 顆
• 1N4007 整流二極體 1 顆
• 100µF 電解電容 1 顆（選用）
• 麵包板、杜邦線
• 示波器（雙通道，探棒切 10×）
• 數位三用電表

接線

                Arduino 5V ──────────┬───────────┐
                                     │           │
                                  ┌──┴──┐        │
                                  │ 馬達 │     1N4007 ▲ 白線端朝上（接 5V）
                                  └──┬──┘        │
                                     │           │
                  CH2 探棒接這裡 ───►├───────────┘
                                     │ C
  Arduino D9 ──┬──[ 1kΩ ]────────────┤ B   2N2222
               │                     │ E
   CH1 探棒接這裡                     │
                Arduino GND ─────────┴──── 兩個接地夾都夾這裡

• Arduino D9 → 1kΩ → 2N2222 的 B。
• 2N2222 的 E → Arduino GND。
• 2N2222 的 C → 馬達一腳；馬達另一腳 → Arduino 5V。
• 1N4007 並聯在馬達兩端：白線端（陰極）→ 5V，另一端（陽極）→ C。
• 示波器 CH1 探棒 → D9（可以夾在 1kΩ 靠 D9 那一端）；CH2 探棒 → C 腳；兩個接地夾 → Arduino GND。

程式

// 第 9 章 實驗 9-2：Arduino 經 2N2222 開關直流馬達
const int motorPin = 9;          // D9 → 1kΩ → 2N2222 基極
const int onTime = 500;          // 馬達轉幾毫秒（看示波器時可以改成 50）
const int offTime = 500;         // 馬達停幾毫秒

void setup() {
  pinMode(motorPin, OUTPUT);     // D9 設為輸出
  Serial.begin(9600);            // 打開序列埠回報狀態
}

void loop() {
  digitalWrite(motorPin, HIGH);  // D9 = 5V，基極有電流，電晶體導通，馬達轉
  Serial.println("Motor ON");    // 在序列埠印出狀態
  delay(onTime);

  digitalWrite(motorPin, LOW);   // D9 = 0V，基極沒電流，電晶體關閉，馬達停
  Serial.println("Motor OFF");
  delay(offTime);
}

步驟

1. 照圖接好，再三確認 1N4007 白線朝 5V、2N2222 的 E 接 GND，然後上傳程式。
2. 馬達應該轉半秒、停半秒。打開序列埠監控視窗（9600），應該看到 Motor ON / Motor OFF 交替。
3. 在馬達轉的時候（程式印 ON 的那半秒），用電表量：1kΩ 兩端電壓（算 I_B）、B 對 GND（V_BE）、C 對 GND（V_CE）。因為每半秒切換一次，電表數字會跳，你可以暫時把程式的 onTime 改成 5000 讓它多轉一會兒再量。
4. 把電表切到直流電流 10A 檔，串聯在 5V 和馬達之間，量馬達轉動時的電流 I_C。算一下 I_C 有沒有小於 β × I_B = 100 × I_B。
5. 示波器：CH1、CH2 都設 2 V/div，時間 200 ms/div，觸發來源 CH1、上升緣、準位 2.5V，模式「自動」。把 CH1 的 0V 線放在畫面上半部、CH2 的 0V 線放在下半部。
6. 觀察兩個通道：CH1 是 D9 的 0V/5V 方波；CH2 是集極的電壓。D9 是 HIGH 的時候，集極是幾伏？D9 是 LOW 的時候呢？
7. 把時間調到 20 µs/div，觸發改成 CH2、上升緣、準位 5.5V、模式「一般」，看看馬達關掉的瞬間，集極有沒有一個小小的凸起（被二極體限制在約 5.7V）。如果你把二極體拔掉再看——第 7 章的尖波會回來。看完記得裝回去。

你應該看到

電表：1kΩ 兩端約 4.3V → I_B ≈ 4.3 mA；V_BE ≈ 0.7V；V_CE ≈ 0.1–0.3V（飽和）。馬達電流大約 100–300 mA，小於 430 mA，所以電晶體確實飽和了。

示波器：兩個波形剛好相反。 D9 是 5V（HIGH）時，電晶體導通，集極被拉到接近 0V；D9 是 0V（LOW）時，電晶體關閉，集極被馬達拉到 5V。這叫反相（Inverting）。

CH1（D9）
  5V ┤      ┌────────┐        ┌────────┐
  0V ┼──────┘        └────────┘        └──────  時間

CH2（集極）
  5V ┤──────┐        ┌────────┐        ┌──────
  0V ┼      └────────┘        └────────┘        ← 剛好相反
         馬達停       馬達轉      馬達停   馬達轉

在 20 µs/div 下，CH2 上升的那一瞬間會有一個小凸起到約 5.7V，然後落回 5V，那就是被飛輪二極體剪過的反電動勢。

觀察與記錄

替換玩法：把馬達換成無源蜂鳴器，程式改用 tone(motorPin, 440) 與 noTone(motorPin) 交替，就有一個用電晶體推動、更大聲的蜂鳴器。

實驗 9-3：換成 MOSFET IRLZ44N

材料

• 實驗 9-2 的全部材料（2N2222 換下來）
• IRLZ44N MOSFET 1 顆
• 220Ω 電阻 1 顆、10kΩ 電阻 1 顆

接線

                Arduino 5V ──────────┬───────────┐
                                     │           │
                                  ┌──┴──┐        │
                                  │ 馬達 │     1N4007 ▲ 白線端朝上
                                  └──┬──┘        │
                                     │           │
                  CH2 探棒接這裡 ───►├───────────┘
                                     │ D
  Arduino D9 ──┬──[ 220Ω ]──┬────────┤ G   IRLZ44N
               │            │        │ S
   CH1 探棒接這裡        [ 10kΩ ]     │
                            │        │
                Arduino GND ┴────────┴──── 接地夾

• Arduino D9 → 220Ω → IRLZ44N 的 G。
• G → 10kΩ → GND。
• IRLZ44N 的 S → GND；D → 馬達一腳；馬達另一腳 → 5V。
• 1N4007 並聯馬達，白線端接 5V。
• 示波器 CH1 → D9，CH2 → D 腳，接地夾 → GND。
• 小心 IRLZ44N 背面的金屬片和 D 腳相通，不要讓它碰到別的線。

步驟

1. 用和實驗 9-2 完全相同的程式。
2. 馬達轉的時候量 D 對 GND 的電壓（V_DS），跟 9-2 的 V_CE 比較。
3. 量 G 對 GND 的電壓，以及 220Ω 兩端的電壓（算閘極電流）。
4. 示波器看 CH1 和 CH2，應該和 9-2 一樣是反相的方波。
5. 把 10kΩ 拔掉，拔掉 Arduino 的 USB 再插回去，在程式開始跑之前的那一瞬間，馬達有沒有自己抖一下？（這就是閘極「飄」在空中的後果。）看完把 10kΩ 裝回去。

你應該看到

V_DS 幾乎是 0.00V（電表可能顯示 0.00 或 0.01V），比 2N2222 的 0.1–0.3V 低很多。220Ω 兩端電壓是 0V——MOSFET 穩定導通後閘極完全不吃電流（10kΩ 那邊會流 5 ÷ 10000 = 0.5 mA，那是下拉電阻的，不是閘極的）。示波器上一樣是反相。

觀察與記錄

用儀器看看

示波器：雙通道看反相

這是本書第一次正式用兩個通道同時看「輸入」和「輸出」，設定重點：

很多示波器有「數學（Math）」功能可以把 CH1 和 CH2 相加或相減，可以試試看 CH1 + CH2：導通和關閉時都接近 5V，因為兩個波形互補。

三用電表：認腳位、量 β

用二極體檔認 2N2222 的腳位：B-E 和 B-C 之間都像一顆二極體。把電表切到二極體檔，紅棒固定在中間那隻腳（B），黑棒分別碰左右兩隻腳：兩邊都應該顯示 0.6–0.7V（黑棒碰 E 那邊會略高一點點，例如 0.68 對 0.65）。紅黑對調後兩邊都應該是 OL。如果中間腳不符合這個規律，表示你拿到的不是 E-B-C 排法，要查規格書。

量 β：有些三用電表有「hFE」檔和一個小插座，標著 E、B、C。把 2N2222 依照腳位插進去（NPN 那一側），電表會直接顯示 β 值，通常在 100–300 之間。同一包裡的兩顆 2N2222 可能差很多，這就是為什麼設計時 β 要保守取 100。

量 MOSFET 有沒有壞：IRLZ44N 的 D-S 之間內建一顆二極體（方向是 S → D）。二極體檔紅棒碰 S、黑棒碰 D 會顯示約 0.5V；反過來應該是 OL。如果兩個方向都是 0，MOSFET 已經短路燒掉了。

常見錯誤與除錯

• 馬達完全不轉，電晶體不熱 → D9 的線沒接到 1kΩ，或 E、C 接反（接反時 β 只剩個位數，幾乎推不動）→ 量 B 對 GND，HIGH 時應有 0.7V；確認平面朝自己由左到右 E-B-C。
• 馬達轉很慢，電晶體很燙 → 基極電阻太大沒飽和，或馬達被卡住電流過大 → 量 V_CE，超過 0.5V 就是沒飽和；確認用 1kΩ；用手撥一下馬達看會不會卡。
• Arduino 一直重開（序列埠反覆印出開頭的訊息） → 馬達起動電流把 USB 的 5V 拉垮 → 在 5V 和 GND 之間加 100µF 電解電容；或用 3 號電池盒（3 顆）供電給馬達，電池盒黑線接 Arduino GND，紅線接馬達和二極體陰極。
• 馬達一直轉，不受 Arduino 控制 → 2N2222 的 C、E 短路燒壞了（可能是之前沒接二極體被尖波打壞），或 MOSFET 的閘極沒有 10kΩ 下拉 → 換一顆電晶體；裝上下拉電阻。
• 示波器 CH2 看起來跟 CH1 一樣，不是反相 → CH2 探棒夾到 D9 那一排，或夾到 5V → 確認探棒尖端在 C 腳（麵包板上跟馬達同一排）。
• 一碰電路，Arduino 的 5V 就掉到 3V 以下 → 1N4007 接反了，電晶體一導通就把 5V 短路 → 立刻拔 USB，把二極體轉 180 度。
• IRLZ44N 一插上去就很燙 → D-S 接反或散熱片碰到別的導線 → 斷電檢查；確認 G-D-S 由左到右，印字面朝自己。

想一想

1. 如果基極電阻改用 4.7kΩ，I_B 是多少？β 取 100 的話，最多能讓多少集極電流飽和？這樣可以推 LED（約 10 mA）嗎？可以推馬達（約 200 mA）嗎？

2. 實驗 9-1 用手指當基極電阻，假設你的手指電阻是 1MΩ。單顆 2N2222（β = 100）時，集極電流最多多少？換成達靈頓（β = 10000，V_BE 用 1.4V）呢？

3. 為什麼飛輪二極體的白線端一定要接 5V 那邊，而不是接集極那邊？用「平常」和「關掉的瞬間」兩種情況說明。

4. 第 17 章的「Wi-Fi 遙控風扇」要推一顆會吃 1A 的風扇。該用 2N2222 還是 IRLZ44N？請給兩個理由。

5.（開放挑戰） 第 7 章說繼電器模組的板子上已經有電晶體和二極體。請根據本章學到的低邊開關接法，畫出你猜想的繼電器模組內部電路（IN 腳、電晶體、基極電阻、線圈、飛輪二極體、VCC、GND），並說明當 IN 接 HIGH 時電流怎麼走。

6.（開放挑戰） 不用 Arduino，只用光敏電阻（LDR）、電阻、2N2222、LED 和 5V，設計一個「天黑自動亮燈」。提示：第 3 章的分壓器可以把「亮度」變成「電壓」，而電晶體在 B 大約 0.7V 時會開始導通。畫出電路並說明亮和暗的時候 B 腳電壓怎麼變。

本章小結

• 電晶體是「用小電流控制大電流」的閥門：I_C ≈ β × I_B，2N2222 的 β 約 100–300，設計時保守取 100。
• 2N2222 平面朝自己、腳朝下，由左到右是 E、B、C；NPN 符號的箭頭在射極上、朝外。
• 當開關時要讓電晶體飽和：V_CE 只剩 0.1–0.3V，不發熱。基極電流不夠就會「半開」而發燙。
• 基極電阻用 1kΩ：I_B = （5 − 0.7） ÷ 1000 = 4.3 mA，β = 100 時可讓 430 mA 以內的負載飽和。
• 標準低邊開關接法：負載接 5V 與 C 之間，E 接 GND 並與 Arduino 共地，基極串 1kΩ，馬達和線圈並聯飛輪二極體。
• 示波器雙通道看輸入（D9）和輸出（集極）：兩者反相，D9 HIGH 時集極接近 0V。
• IRLZ44N 由左到右是 G、D、S，靠電壓控制，5V 就全開，R_DS(on) 只有 0.022Ω，適合推 1A 以上的負載；閘極串 220Ω 並加 10kΩ 下拉。
• 達靈頓把兩顆電晶體串起來，β 相乘（100 × 100 = 10000），但需要 1.4V 才導通。

名詞表