我們該如何理解
三極管的工作原理？
三極管是電流控制型元件，通過調節輸入電流的大小，可控制輸出的電流。因為輸出端電流大小與輸入端呈β倍的關系，故三極管一般被應用于放大電路中。
三極管的一個重要的特性就是放大。我們可以用現實中的例子來形象的解釋這個原理。將三極管看成是一個水壩，電流假設為水流。水壩有兩個閥門，一個大閥門(IC)，一個小閥門(IB)。由于大閥門需要很大的力量才能打開，所以不能夠直接打開。而打開小閥門需要的力量較小，我們可以直接開啟。通過開啟小閥門，讓通過小閥門的水流去沖擊打開大閥門。當小閥門的水流(基極電流)足夠大時，大閥門(集電極)被打開，水流(集電極電流)就流出來了。所以大閥門的水流大小是由小閥門控制的。當小閥門的水流不足時，大閥門無法打開，相當于三極管截止。當大閥門已經開至最大，無論怎么增加小閥門的水流也無法增加大閥門的水流時，可以看作是三極管飽和。
當然這只是一個形象的說法，要清楚三極管真正的工作原理，我們必須要回歸至三極管的背部結構-PN結。要說明PN結如何使三極管工作的，我們還要先回顧一下
二極管的原理。下圖為二極管PN結導通時的結構示意圖。
圖1 二極管的導通示意圖
圖中標N的為N型半導體
N型半導體中摻雜了磷元素或銻元素的硅晶體，由于半導體原子（如硅原子）被雜質原子取代，磷原子外層的五個外層電子的其中四個與周圍的半導體原子形成共價鍵，多出的一個電子幾乎不受束縛，較為容易地成為自由電子。于是，N型半導體就成為了含電子濃度較高的半導體。
圖中標P的為P型半導體
摻入少量雜質硼元素（或銦元素）的硅晶體（或鍺晶體）中，由于半導體原子（如硅原子）被雜質原子取代，硼原子外層的三個外層電子與周圍的半導體原子形成共價鍵的時候，會產生一個“空穴”，這個空穴可能吸引束縛電子來“填充”，使得硼原子成為帶負電的離子。這樣，這類半導體由于含有較高濃度的“空穴”（“相當于”正電荷）
PN結
在P型半導體和N型半導體結合后，由于N型區內電子很多而空穴很少，而P型區內空穴很多電子很少，在它們的交界處就出現了電子和空穴的濃度差別。這樣，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。于是，有一些電子要從N型區向P型區擴散，也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。它們擴散的結果就使P區一邊失去空穴，留下了帶負電的雜質離子，N區一邊失去電子，留下了帶正電的雜質離子。半導體中的離子不能任意移動，因此不參與導電。這些不能移動的帶電粒子在P和N區交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區。
空間電荷區由于正負電荷相互作用，形成了內電場。其方向與載流子的擴散方向相反，阻值載流子擴散。由于該電場的作用將使N區的少數載流子(空穴)向P區漂移，使P區的少數載流子(電子)向N區漂移。漂移運動與擴散運動正好方向相反，最后達到平衡。在P型半導體和N型半導體的結合面兩側，留下離子薄層，這個離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。PN結的內電場方向由N區指向P區。在空間電荷區，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。
下圖為載流子的擴散運動與載流子的漂移運動。
圖2 載流子的擴散運動 圖3 載流子的漂移運動
了解了這些以后，下面說明三極管的原理(NPN型)。三極管的原理圖如圖4所示。
圖4 三極管原理圖(NPN型)
如果要讓三極管工作與放大狀態，必須要讓集電極反偏，發射極正偏。下面探究集電極電流IC的形成原因。
集電極電流I
C的形成
這里基極與集電極相當于一個二極管，在二極管上加反偏電壓時，P區與N區的多數載流子會被引向電源方向(對于N區來說電子為多數載流子；對于P區來說空穴為多數載流子)。這時P區與N區的少數載流子在電源與內電場的共同作用下，會穿過PN結形成反向電流。其實這里的電流IC大小與反向偏置電壓VC的大小并沒有什么關系，VC只是提供了一個反向偏置電壓，它的大小對于IC來說影響很小。真正決定I
C大小的是少數載流子的多少。如圖5。
圖5 集電極反偏時的I
C
集電極電流I
C增大的原因
如果想要增加I
C，那么只需要增加少數載流子就可以達到目的了。P區的少數載流子是電子，所以為了向P區(基極)增加少數載流子，就在P區上再加一塊N型半導體。在正向偏置電壓的作用下，N區(發射極)的電子被注入到P區(基極)中，P區中的空穴移動到N區?；鶚O的少數載流子(電子)，因為發射極的注入而增多了。如圖6所示。
圖6 發射極的電子注入到基極中
雖然基極的電子增多了，但相對來說電子仍是少數載流子。而少數載流子在外加反向偏置電壓與內電場的共同作用下，會很容易的通過PN結。所以基極的更多的電子會移動到集電極，而集電極的更多空穴會因為載流子濃度的改變而移動到基極。集電極與基極之間的電流I
C也就變大了。
圖7 三極管載流子與電流
基極電流I
B與集電極電流I
C的關系
整個三極管的電流都是電子從發射極至基極再至集電極的流動。發射極向基極注入電子，電子會被基極的空穴攔截一部分(電子與空穴結合)，這部分形成的電流就是I
B，而剩余到達集電極的電子形成的電流就是I
C?？梢奍
B與I
C的放大關系是由基極的空穴濃度決定的。基極越薄的話，空穴濃度就低，通過的電子就越多形成的電流IC就越大，放大倍數β也就越大。所以I
B與I
C的放大倍數的根本決定因素就是基極的空穴濃度，也就是三極管的結構。
公安備案號32010402000033
