前言

一、为什么要用三极管来驱动风扇

二、三极管电流放大原理简介

三、驱动树莓派风扇，三极管选NPN还是PNP?

1、选NPN型的S8050还是PNP型的S8550的问题

2、三极管电路的接线研究

3、S8050驱动风扇时伏安特性表

（1）电路①不加基极电阻

（2）电路①基极增加1k电阻时的伏安特性

（3）同时，我也产生了几个疑问，请各位大师指点，不胜感激！

四、电路接线

五、驱动代码

1、驱动库的选择--wiringpi

2、关于风扇噪音问题

3、库安装

4、驱动代码

5、使用supervisor实现开机启动

6、相关参考链接：

总结

本人不是电子相关专业和计算机相关专业人士。作为一个树莓派的业余爱好者，前段时期总算入了块心心念念4b-4GB树莓派，秉承不断学习的精神，开始各种折腾，好在树莓派作为最火热的SBC，相关前辈的文档较多，着实给我们后生提供了不小的帮助。

由于家里面有块遗留笔记本（dell N5110）的散热风扇，于是起了给树莓派加装风扇的念头。该风扇也不知是什么品牌的风扇，风扇背面标签写着功率为5V0.5A，功率着实不小。该风扇有三根引出线（其中红色为正极，黑色为负极，黄色为测速线），完全符合我的折腾要求。虽然某宝有树莓派成品T9风扇驱动模块销售，但价格小贵（19块RMB，好像还不包邮），查阅了相关资料后，采用了三极管驱动方案（最能折腾的方案），现将过程详细记录如下。

物料清单：

1、树莓派4B-4GB加铝散热外壳

2、S8050和S8550三极管各一个

3、杜邦线若干

4、电洛铁一个

5、DT830B万用表一个

6、1K电阻一个

软件环境：

Raspberry Pi OS

改装后的效果如下，图中红色虚线处是用剪刀剪断的地方，后生可参考。

为了解决以下需求：

需求一：实现改装风扇随树莓派CPU温度变化而相应调整风扇转速。

需求二：降低噪声。默认连接风扇正负极后为全速运转，即使树莓派关机状态风扇都仍在全速运转，特别是夜深时分，风扇噪声听着实在太大。

需求三：节能节电。实测树莓派待机功耗3.5W左右，我的风扇功率2.5W，差不多快赶上树莓派功耗了，因此减小电力开销是必要的。

为了实现上述需求，使用树莓派产生PWM脉冲方波控制风扇转速是必然的选择，而树莓派GPIO引脚输出电流实在太小，不足以驱动风扇转动。树莓派GPIO引脚输出高电平电压为3.3V，默认驱动强度（电流）8mA，最大驱动强度16mA，详见官网此处文末。据说峰值电流为50mA。

因此要实现PWM控制风扇转动需要利用三极管的电流放大原理，查阅相关资料，树莓派PWM控制风扇驱动使用的三极管主要为S8050（NPN)和S8550(PNP)两种。

三级管电流放大原理是利用基极微小的电流变化来控制集电极大的电流变化。

分为NPN型和PNP型，两种类型三极管电流方向相反，其有三个引脚：基极（base），集电极（collector）,发射极（emitter）。下图为常见的To-92封装的S8050(NPN型)引脚示意图（图片来源于网络）。

三极管工作状态有三种，以NPN型的S8050为例：

1、截止状态

基极与发射极之间电压Ube小于导通电压（硅管为0.7V），此时三极管未导通，集电极与发射极之间电压Uce约等于电源电压Vcc，此时Ic=0。

2、放大状态

基极与发射极之间电压Ube大于导通电压（硅管为0.7V）即发射结正偏，基极电压小于集电极电压Ubc0（集电结正偏），集电极电压与发射极电压很小Uce放大—>饱和的状态，也就是风扇转速能可靠的由PWM控制。

当采用S8550时，PNP三极管由于其工作原理是高电位截止，低电位导通。由于树莓派风扇供电通常采用5V（据说直接电源的5V），与GPIO引脚最高电平3.3V存在1.7V的压差。相当于PWM占空比最大输出的高电平3.3V"堵不住"风扇电源的5V电压，三极管不能可靠截止，导致风扇不能可靠停转。最直接的体现就是把驱动程序设置开机自启，重启树莓派时，风扇可能会莫名其妙的全力运转（亲测多次出现）。猜测原因是重启后GPIO引脚还未初始化供电为高电平时，由于风扇电源直接电源5V，集电极电压远大于基极电压三极管导通所致。当然也可以采用在集电极增加电阻等方式降压，保证风扇可靠截止。

网上树莓派采用三极管驱动风扇的接线方式主要有下图所示三种。个人分析电路①接线最优。

当采用S8050三极管时，接线应采用下图的电路① (三极管基极1千欧的电阻可省掉)

电路②存在的问题：由于风扇处于三极管发射极（e极）上，风扇要运转，e极电压至少要大于3v左右，导致需要施加较大的电压在基极（b极）才能使风扇运转，pWM控制范围会减小。

当采用S8550三极管时，接线应采用下图的电路③ (三极管基极1千欧的电阻可省掉)

分析：风扇在集电极（c极）上会形成压降，风扇负极与集电极之间的电压小于基极电压，即Ueb小于零，三极管理论上能可靠截止，风扇能可靠停转。

那S8550为什么不能把风扇接到集电极（c极）与地（GND）之间？

因为电源5V直接发射极（e），发射极常电压远高于基极（b）PWM控制的高电平（3.3V）电压，风扇不能停转。

家中有一个5块钱买的DT830B万用表，为了学习三极管输入输出特性，测了下电路①不加1k的基极限流电阻Rb时，S8050驱动风扇的各项电压和电流参数，统计如下表。

S8550未作测试。

可以看出：

当pwm占空比为100，三极管基极不加限流电阻时，树莓派GPIO引脚输出电流达到了35mA。远超官方文档的GPIO引脚最大驱动电流16mA。

当pwm占空比约为80时，三极管进入了饱和状态，集电极电流突增，风扇转速控制不够线性。

风扇功率越大，风扇产生的压降越大。