一、三极管理论
1.1 三极管是什么？
晶体三极管 (Transistor) 是一种半导体电子器件，也是电子工程中最基本的元件之一。
它有三个区域，分别是 P 型半导体，N 型半导体和 P 型半导体，从而形成 PNP 型晶体三极管或者 NPN 型晶体三极管。
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。
其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。
简单来说，三极管是电流控制的阻值的电阻，而 MOS 管是电压控制阻值的电阻。
1.2 NPN 和 PNP 三极管区分
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种。
在原理图符号中，箭头指向则是 P 半导体。
三极管导通的条件是 PN 结正向偏置，即 P 和 N 形成电势差 (P 电压比 N 大)，具体电压取决于 Vbe 导通电压。
导通后，至于具体的放大倍数，则取决于 b 端的电流。我们可以等效看作三极管是一个电流控制的电阻。电流越大，CE 之间的电阻越低。
1.3 三极管结构
N 型半导体中，电子可以任意方向流动，等价于导体：
在 P 形半导体中，自由电子没有那么多：
我们将半导体以 NPN 的结构排列，这样他就不会导电：
如果我们向 P 极半导体通电，填满空穴，整块半导体则是一个导体，同时我们给 P 极的电流也会流向发射极：
三极管可以等效两个二极管以相反方向排列：
示例如下：
二、三极管状态详解
|--------|-----------|
| 代称 | 概念 |
| Ib | 流过 B 极的电流 |
| Ic | 流过 C 极的电流 |
| Ie | 流过 E 极的电流 |
| Vbe | BE 极之间的电压 |
| Vcb | CB 极之间的电压 |
| Vce | CE 极之间的电压 |
在其中，Ie 电流等于 Ib 和 Ic 的总和。如下图所示：
2.1 截至状态
当前满足：
= 基极对发射极电压
时处于截至状态，三极管完全不导通。Uon 指的是导通电压，一般为 0.7V。
2.2 放大状态
当前满足：
时处于放大状态，此时电流 Ic 等于：
三极管使用 Ic 端小电流推动了 Ib 端的大电流。
2.3 饱和状态
时三极管处于饱和状态，这也是我们最常用的状态，此时三极管被完全打开，IC 的则完全取决于供给端的电流，不在做限流。
而且此时三极管的压降非常小，也就是 Vce 会很小，只有零点几伏，相当于开关闭合，很适合驱动一些电路。
2.4 区间图解析
横轴是 Uce 的电压，纵向是 Ic 的的电流。
最终决定的 Ic 的电流其实是 Ib 的电流，我们可见，在 Ib = 80uA 的时候，与之对应的 Ic 是 4mA，电流放大倍数是五十倍。
三、参数解读
3.1 Quick reference data (快速参数)
3.1.1 VCEO (集电极-发射极电压)
- 定义：集电极与发射极之间允许承受的最大电压 (基极开路)
- 条件：Tamb = 25℃，基极开路 (open base)
- 数值：最大 45V，表示在该电压以内工作时晶体管不会发生击穿
3.1.2 IC (集电极电流)
- **定义：**允许连续通过集电极的最大电流
- **条件：**Tamb = 25℃
- **数值：**最大 500mA，表示在规定散热条件下连续工作电流不能超过 0.5A
3.1.3 ICM (峰值集电极电流)
- **定义：**短时间脉冲条件下允许的最大集电极电流
- **条件：**单脉冲，脉冲宽度 tp ≤ 1ms，Tamb = 25℃
- **数值：**最大 1A，仅允许在极短时间内承受，不能连续工作
3.1.4 PD (功耗)
- **定义：**器件在规定环境温度下允许的最大耗散功率
- **条件：**通常在 Tamb = 25℃ 条件下测得
- **数值：**例如 50W，表示器件在良好散热条件下最多可以消耗 50W 功率，超过将导致结温超限
3.2 Limiting values (绝对最大额定值)
3.2.1 VCBO (集电极-基极电压)
- 定义：集电极与基极之间允许承受的最大电压 (发射极开路)
- 条件：发射极开路，Tamb = 25℃
- 数值：最大 50V，超过该电压将导致器件击穿损坏
3.2.2 VCEO (集电极-发射极电压)
- 定义：集电极与发射极之间允许承受的最大电压 (基极开路)
- 条件：基极开路，Tamb = 25℃
- 数值：最大 45V，超过该电压可能发生击穿
3.2.3 VEBO (发射极-基极电压）
- 定义：发射极与基极之间允许承受的最大电压（集电极开路）
- 条件：集电极开路，Tamb = 25℃
- 数值：最大 5V，超过该值可能导致基极结反向击穿
3.2.4 IC (连续集电极电流)
- 定义：允许连续通过集电极的最大电流
- 条件：Tamb = 25℃
- 数值：最大 500mA
3.2.5 ICM (峰值集电极电流)
- 定义：短时间脉冲条件下允许通过的最大集电极电流
- 条件：单脉冲，tp ≤ 1ms，Tamb = 25℃
- 数值：最大 1A，仅限短时间使用
3.2.6 IBM (峰值基极电流)
- 定义：短时间脉冲条件下允许通过的最大基极电流
- 条件：单脉冲，tp ≤ 1ms，Tamb = 25℃
- 数值：最大 200mA
3.2.7 Ptot (总功耗)
- 定义：器件在规定散热条件下允许耗散的最大功率
- 条件1：FR4 PCB，标准焊盘，Tamb ≤ 25℃
- 数值：最大 250mW
- 条件2：FR4 PCB，集电极焊盘面积 1cm²，Tamb ≤ 25℃
- 数值：最大 345mW
3.2.8 Tj (结温)
- 定义：器件内部半导体结允许达到的最高温度
- 数值：最大 150℃
3.2.9 Tamb (环境温度)
- 定义：器件允许工作的环境温度范围
- 数值：-65℃ ～ +150℃
3.2.10 Tstg (存储温度)
- 定义：器件在未工作状态下允许的存储温度范围
- 数值：-65℃ ～ +150℃
3.4 Characteristics (电气特性)
3.4.1 V(BR)CBO (集电极-基极击穿电压)
- 定义：集电极与基极之间的击穿电压 (发射极开路)
- 条件：IC = 100µA，IE = 0A
- 数值：最小 50V
3.4.2 V(BR)CEO (集电极-发射极击穿电压)
- 定义：集电极与发射极之间的击穿电压 (基极开路)
- 条件：IC = 10mA，IE = 0A
- 数值：最小 45V
3.4.3 V(BR)EBO (发射极-基极击穿电压)
- 定义：发射极与基极之间的击穿电压（集电极开路)
- 条件：IE = 100µA，IC = 0A
- 数值：最小 5V
3.4.4 ICBO (集电极-基极截止电流)
**定义：**集电极-基极之间的漏电流（发射极开路)。
- 条件1：VCB = 20V，IE = 0A，Tamb = 25℃
- 数值：最大 100nA
- 条件2：VCB = 20V，IE = 0A，Tj = 150℃
- 数值：最大 5µA
3.4.5 IEBO (发射极-基极截止电流)
- 定义：发射极-基极之间的漏电流（集电极开路)
- 条件：VEB = 5V，IC = 0A
- 数值：最大 100nA
3.4.6 hFE (直流电流放大倍数)
- **定义：**集电极电流与基极电流之比（IC / IB)
- **条件1：**VCE = 1V，IC = 100mA
- 数值 (BC817-40 )**：**250 -- 600
- **条件2：**VCE = 1V，IC = 500mA（脉冲)
- **数值：**最小 40。
3.3.7 VCEsat (集电极-发射极饱和电压)
- **定义：**晶体管进入饱和状态时，集电极与发射极之间的电压
- **条件：**IC = 500mA，IB = 50mA（IC/IB = 10，脉冲)
- **数值：**最大 0.7V
VBE (基极-发射极电压)
- **定义：**晶体管导通时基极与发射极之间的电压
- **条件：**VCE = 1V，IC = 500mA（脉冲)
- **数值：**最大 1.2V
- **补充说明：**温度每升高 1K，VBE 约下降 2mV
fT (过渡频率)
- **定义：**电流增益降为 1 时的频率
- **条件：**VCE = 5V，IC = 10mA，f = 100MHz
- **数值：**最小 100MHz
Cc (集电极电容)
- **定义：**集电极与基极之间的结电容
- **条件：**VCB = 10V，IE = 0A，f = 1MHz
- **数值：**典型 3pF
四、使用案例
4.1 NPN 三极管开关
GPIO 引脚一般供给 3.3V 电压，三极管 Vce 电压经过 R63 和 D11 压降后，应该低于 3.3V。所以三极管工作在饱和状态，三极管被完全打开，所有的电流施加到 Vce 上。
4.2 PNP 三极管开关
4.3 腾图驱动电路
如果选择MOS管寄生电容比较大，电源IC内部的驱动能力又不足时，需要在驱动电路上增强驱动能力，常使用图腾柱电路增加电源IC驱动能力，其电路如图 2虚线框所示。
这种驱动电路作用在于，提升电流提供能力，迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间，但是减少了关断时间，开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。
4.4 稳压电路
R1 和 Z1 构成简单的稳压电路，当 VIN(V15) 的电压高于 z1 的稳压值 Vz 时，Z1 的负极被稳压在
Vz。
Z1 的负极连接到三极管的基极，三极管发射极 E 是输出，形成了一个射极跟随器，也就是说E极的电压随着 B 电压变化而变化，但 BE 之间有一个压降，一般硅管 0.7V 左右，假设 B 极是 6.7V，那 E 极就是 6.7-0.7=6V，所以就有一个公式 VOUT=Vz-Vbe，可以根据 VOUT 来选择合适的稳压管。
三极管基极被稳压管ZD1钳位为4.7V，三极管发射极跟随基极电压为4.7-0.7=4V，Q1的基极电流最大只有（5-4.7）/82=3.6mA。