晶体三极管作为一个常用器材，是构成现代电子世界的重要柱石。但是，传统的教科书对其作业原理的叙述却存在有很大问题，使初学者对三极管的作业原理无法正常了解，感到别扭与苍茫。
晶体三极管原理问题的要害在于：集电结为什么会反导游通?这与晶体二极管原理中着重的PN结单导游电特性(反向截止)严峻对立。
三极管原理，传统解说办法中存在的问题归纳起来首要有以下三点：
1 严峻分裂晶体二极管与三极管在原理上的天然联络。没有真实阐明三极管集电结为何会产生反偏导通并产生Ic?这看起来与二极管原理着重的PN结单导游电性相对立。
2 不能阐明扩大状况下集电极电流Ic为什么只受控于电流Ib而与电压无关;即：Ic与Ib之间为什么存在着一个固定的扩大倍数β联络。
3 不能阐明饱满状况下，Vc电位很弱的状况下，为什么集电结依然会反导游通并且有反向大电流Ic经过。
许多教科书关于这部分内容，在解说办法上都存在有很大问题。有一些针对初、中级学者的普及性教科书，爽性选用了逃避的办法，只给出定论却不讲原因。既使专业性很强的教科书，选用的解说办法大多也存在有很值得商讨的问题。这些问题会集表现在解说办法的切入视点不恰当，致使逻辑紊乱，解说内容前后对立，乃至构成讲了还不如不讲的效果，使许多初学者常常产生一头雾水的感觉。
笔者依据多年的总结考虑与教育实践，关于这部分内容探索出了一个适合于自己教育的新解说办法，并经过具体的教育实践收到了必定效果。尽管新的解说办法也肯定会有所短缺，但自己仍是怀着与同行一起评论的期望不揣冒昧把它写出来，以期能经过同行朋友的批评指正来加以完善。
一、 传统讲法及问题：
传统讲法一般分三步，以NPN型为例(以下一切评论皆以NPN型硅管为例)，如示意图A。“1 发射区向基区注入电子;2 电子在基区的分散与复合;3 集电区搜集由基区分散过来的电子。”
问题1：这种解说办法在第3步中，解说集电极电流Ic的构成原因时，不是着重地从载流子的性质方面阐明集电结的反偏导通，然后产生了Ic，而是极不恰当地着重地着重了Vc的高电位效果，一起又着重基区的薄。这种着重很简略使人产生误解——以为只需Vc满意大基区满意薄，集电结就能够反导游通，PN结的单导游电性就会失效。这是让初学者很简略产生一系列模糊认识的本源。
这正好与三极管的电流扩大原理严峻地对立。三极管的电流扩大原理恰恰要求在扩大状况下Ic与Vc在数量上有必要无关，Ic只能受控于Ib。
问题2：不能很好地阐明三极管的饱满状况。当三极管作业在饱满区时，Vc的值很小乃至低于Vb，此刻依然呈现了很大的反向饱满电流Ic，也便是说在Vc很小时，集电结依然会呈现反导游通的现象。这很明显地与传统讲法中着重Vc的高电位效果这种说法相对立。
问题3：传统讲法第2步过于着重基区的薄，还简略给人构成这样的误解，以为只需基区满意薄，集电结就或许会失掉PN结的典型特性——单导游电。这明显与人们使用三极管内部两个PN结的单导游电性，来判别三极管管脚称号(e、b、c)的经历相对立。既使基区很薄，人们判别管脚称号时，也并没有发现由于基区的薄而导致PN结单导游电性失效的状况。基区很薄，但两个PN结的单导游电特性依然完好无缺，这才使得人们有了判别三极管管脚称号的办法和依据。
问题4：在第2步解说为什么Ic会受Ib操控，并且Ic与Ib之间为什么会存在着一个固定的份额联络时，不能形象阐明。仅仅从工艺上着重基区的薄与掺杂度低，不能从道理上根本性的阐明电流扩大倍数β什么会坚持不变的原因。
问题5：分裂二极管与三极管在原理上的天然联络，无法完成内容上的天然过渡。乃至使人产生很对立的感觉，二极管原理着重PN结的正导游电反向截止，而三极管原理则又要求PN结能够反导游通，这让人很难接受。一起，也不能表现晶体三极管与电子三极管之间在电流扩大原理上的前史联络。
二、新解说办法：
1、切入点：
要想很天然地阐明问题，就要挑选恰当的切入点。讲三极管的原理咱们从二极管的原理下手讲起。二极管的结构与原理都很简略，内部一个PN结具有单导游电性，如示意图B。很明显图示二极管处于反偏状况，PN结截止。咱们要特别留意这儿的截止状况，实践上PN结截止时，总是会有很小的漏电流存在，也便是说PN结总是存在着反向关不断的现象，PN结的单导游电性并不是百分之百。
为什么会呈现这种现象呢?这首要是由于P区除了因“掺杂”而产生的大都载流子“空穴”之外，还总是会有极少量的本征载流子“电子”呈现。N区也是相同，除了大都载流子电子之外，也会有极少量的载流子空穴存在。PN结反偏时，能够正导游电的大都载流子被拉向电源，使PN结变厚，大都载流子不能再经过PN结承担起载流导电的功用。所以，此刻漏电流的构成首要靠的是少量载流子，是少量载流子在起导电效果。反偏时，少量载流子在电源的效果下能够很简略地反向穿过PN结构成漏电流。漏电流只所以很小，是由于少量载流子的数量太少。
很明显，此刻漏电流的巨细首要取决于少量载流子的数量。假如要想人为地添加漏电流，只需想办法添加反偏时少量载流子的数量即可。所以，如图B，假如能够在P区或N区人为地添加少量载流子的数量，很天然的漏电流就会人为地添加。其实，光敏二极管的原理便是如此。光敏二极管作业在反偏状况，由于光照能够添加少量载流子的数量，因而光照就会导致反向漏电流的改动，人们便是使用这样的道理制作出了光敏二极管(见下图)。
已然此刻漏电流的添加是人为的，那么漏电流的添加部分也就很简略能够完成人为地操控。
2、着重一个定论：
讲到这儿，必定要要点地阐明PN结正、反偏时，大都载流子和少量载流子所充任的人物及其性质。正偏时是大都载流子载流导电，反偏时是少量载流子载流导电。所以，正偏电流大，反偏电流小，PN结显示出单向电性。
特别要要点阐明，反偏时少量载流子反向经过PN结是很简略的，乃至比正偏时大都载流子正向经过PN结还要简略。
即：PN结反偏时，截止的仅仅大都载流子的电流。而关于少量截流子的经过，PN结不只不截止，必定程度上反而还会愈加简略。
为什么呢?咱们知道PN结内部存在有一个因大都载流子彼此分散而产生的内电场，而内电场的效果方向总是阻止大都载流子的正向经过，所以，大都载流子正向经过PN结时就需求战胜内电场的效果，需求约0.7伏的外加电压，这也是PN结正导游通的门电压。而反偏时，内电场在电源效果下会被加强也便是PN结加厚，少量载流子反向经过PN结时，内电场效果方向和少量载流子经过PN结的方向共同，也便是说此刻的内电场关于少量载流子的反向经过不只不会有阻止效果，乃至还会有协助效果。这就导致了以上咱们所说的定论：反偏时少量载流子反向经过PN结是很简略的，乃至比正偏时大都载流子正向经过PN结还要简略。这个定论能够很好解说前面说到的“问题2”，也便是教科书后续内容中要讲到的三极管的饱满状况。三极管在饱满状况下，集电极电位挨近或稍低于基极电位，集电结处于零偏置，但依然会有较大的集电结的反向电流Ic产生。
3、天然过渡：
持续评论图B，PN结的反偏状况。使用光照操控少量载流子的产生数量就能够完成人为地操控漏电流的巨细。已然如此，人们天然也会想到能否把操控的办法改动一下，不必光照而是用电注入的办法来添加N区或许是P区少量载流子的数量，然后完成对PN结的漏电流的操控。也便是不必“光”的办法，而是用“电”的办法来完成对电流的操控。注2
接下来要点评论图B中的P区。要点看P区，P区的少量载流子是电子，要想用电注入的办法向P区注入电子，最好的办法便是如图C所示，在P区下面再用特别工艺加一块N型半导体注3。图C所示其实便是NPN型晶体三极管的雏形，其相应各部分的称号以及功用与三极管彻底相同。为便利评论，以下咱们对图C中所示的各个部分的称号直接选用与三极管相应的称号(如“发身结”，“集电极”等)。
再看示意图C，图中最下面的发射区N型半导体内电子作为大都载流子很多存在，并且，如图C中所示，要将发射区的电子注入或许说是发射到P区(基区)也是很简略的，只需使发射结正偏即可。具体说便是在基极与发射极之间加上一个满意的正向的门电压(约为0.7伏)就能够了。在外加门电压效果下，发射区的电子就会很简略地被发射注入到基区，这样就完成了对基区少量载流子——“电子”的注入，使其在数量上产生改动。
4、集电极电流Ic的构成：
如图C，发射结加上正偏电压导通后，在外加电压的效果下，发射区的大都载流子——电子就会很简略地被很多发射进入基区。这些载流子一旦进入基区，它们在基区(P区)的身份依然归于少量载流子的性质。如前所述，少量载流子很简略反向穿过处于反偏状况的PN结。所以，这些载流子——电子就会很简略向上穿过处于反偏状况的集电结抵达集电区构成集电极电流Ic。由此可见，集电极电流的构成并不是必定要靠集电极的高电位。
集电极电流的巨细更首要的要取决于发射区载流子对基区的注入，取决于这种发射与注入的程度。这种载流子的发射注入程度简直与集电极电位的凹凸没有什么联络。这正好能天然地阐明，为什么三极管在扩大状况下，集电极电流Ic的巨细与集电极电位Vc在数量上无关的原因。
扩大状况下Ic并不受控于Vc，Vc的效果首要是坚持集电结的反偏状况，以此来满意三极管放状况下所需求的外部条件。
关于Ic还能够做如下定论：Ic的实质是“少量载流子”电流，是经过电注入办法而完成的人为可控的集电结“漏”电流。这便是Ic为什么会很简略反向穿过集电结的原因。
5、Ic与Ib的联络：
很明显，关于三极管的内部电路来说，图C与图D是彻底等效的。图D便是教科书上常用的三极管电流扩大原理示意图。
看图D，接着上面的评论，集电极电流Ic与集电极电位Vc的巨细无关，首要取决于发射区载流子对基区的注入程度。
经过上面的评论，现在现已了解，NPN型三极管在电流扩大状况下，内部的电流首要便是由发射区经基区再到集电区贯穿整个三极管的“电子”流。也便是说贯穿三极管的电流Ic首要是“电子”流。这种贯穿的电子流，其景象与前史上的电子三极管十分相似。如图E，图E便是电子三极管的原理示意图。电子三极管的电流扩大原理由于其结构的直观、形象，能够很简略很天然地得到解说。
如图E所示，很简略了解，电子三极管Ib与Ic之间的固定份额联络，首要取决于电子管栅极(基极)的结构。当外部电路条件满意时，电子三极管作业在扩大状况。穿过管子的电流首要是由发射极经栅极再到集电极的电子流。电子流在穿越栅极时，栅极会对其进行截流。截流时就存在着一个截流比问题。
很明显，截流比的巨细，则首要与栅极的疏密度有关。假如栅极做的密，它的等效截流面积就大，截流份额天然就大，阻拦下来的电子流就多。反之截流比小，阻拦下来的电子流就少。
栅极阻拦下来的电子流其实便是电流Ib，其他的穿过栅极抵达集电极的电子流便是Ic。从图中能够看出，只需栅极的结构尺度确认，那么截流份额就确认，也便是Ic与Ib的比值确认。所以，只需管子的内部结构确认，这个比值就确认，就固定不变。由此可知，电流扩大倍数的β值首要与栅极的疏密度有关。栅极越密则截流份额越大，相应的β值越低，栅极越疏则截流份额越小，相应的β值越高。
晶体三极管的电流扩大联络与电子三极管在这一点上极端相似。
晶体三极管的基极就相当于电子三极管的栅极，基区就相当于栅网，只不过晶体管的这个栅网是动态的是不行见的。扩大状况下，贯穿整个管子的电子流在经过基区时，散布在基区的空穴其效果与电子管的栅网效果相相似，会对电子流进行截流。假如基区做得薄，掺杂度低，基区的空穴数少，那么空穴对电子的截流量就小，这就相当于电子管的栅网比较疏相同。反之截流量就会大。很明显只需晶体管三极管的内部结构确认，这个截流比也就确认。所以，为了获大较大的电流扩大倍数，使β值满意高，在制作三极管时才常常要把基区做得很薄，并且其掺杂度也要操控得很低。
与电子管不同的是，晶体管的截流首要是靠带正电的“空穴”不断地与带负电的“电子”的中和来完成。所以，截流的效果首要取决于基区空穴的数量。并且，这个进程是个动态进程，“空穴”不断地与“电子”中和，一起“空穴”又会不断地在外部电源效果下得到弥补。
在这个动态进程中，空穴的等效总数量是不变的。基区空穴的总数量首要取决于掺“杂”度以及基区的厚薄，只需晶体管结构确认，基区空穴的总定额就确认，其相应的动态总量就确认。这样，截流比就确认，晶体管的电流扩大倍数β值便是定值。这便是为什么扩大状况下，三极管的电流Ic与Ib之间会有一个固定的份额联络的原因。
别的，由于集电结处于反偏状况，而PN结反偏时实质上截止的是大都载流子的电流，所以，基区的大都载流子“空穴”就不行能会反向穿过集电结抵达集电区。这样，就确保了穿越三极管抵达集电极的电流只能是百分之百的“电子”流，不行能混有“空穴”流。基区的“空穴”只能起到动态的截流效果，只能构成固定份额的截流电流Ib，而不行能混入电子流Ic中。综上所述，三极管电流扩大倍数β就只能是定值。
6、关于截止状况的解说：
现在，咱们现已了解了扩大状况下，Ic与Ib之间有一个固定的份额联络。这个份额联络阐明，扩大状况下电流Ic按一个固定的份额受控于电流Ib，这个固定的操控份额首要取决于晶体管的内部结构。
关于Ib等于0的截止状况，问题更为简略。当Ib等于0时，阐明外部电压Ube太小，没有到达发射结的门电压值，发射区没有载流子“电子”向基区的发射与注入，所以，此刻既不会有电流Ib，也更不行能有电流Ic。别的，从纯数学的电流扩大公式更简略推出定论，Ic=βIb，Ib为0，很明显Ic也为0。
三、新讲法需求留意的问题：
以上，咱们用了一种新的切入视点，对三极管的原理在解说办法进步行了评论。特别是对晶体三极管扩大状况下，集电结为什么会反导游电构成集电极电流做了要点评论。一起，对三极管的电流扩大倍数β为什么是定值也做了深入剖析。
这种解说办法的要害，在于着重二极管与三极管在原理上的天然联络。从二极管PN的反向截止特性曲线上很简略看出，只需将这个特性曲线转过180度，如图F所示，它的景象与三极管的输出特性十分相似，三极管输出特性如图G所示。实践上，图F代表是PN结的反向截止特性，那么，图G所示所代表的是晶体三极管内部集电结关于不同的Ib值时的反向特性，是集电结的一组反向特性。这表明二极管与三极管在原理上的确存在着很天然的联络。所以，在解说办法上挑选这样的切入点，从PN结的反偏状况下手解说三极管，就显得十分天然合理。并且，这样的解说会使问题变得深入浅出，前后内容之间也显得天然调和、水到渠成。
这种讲法的缺乏点在于，从PN结的漏电流下手讲起，简略构本钱征漏电流与扩大电流在概念上的混肴。所以，在后面解说晶体管输入输出特性曲线时，应该留意着重阐明“本征载流子”与“掺杂载流子”的性质差异。本征载流子对电流扩大没有奉献。本征载流子的电流对晶体管的特性影响往往是负面的，是需求战胜的。晶体管电流扩大效果首要是靠掺杂载流子来完成的。要留意在概念进步行差异。
别的，还要留意阐明，实质上晶体内部有关载流子的问题其实并非如此简略，它涉及到晶体的能级问题以及晶体的能带结构问题，还有载流子移动时的势垒剖析等。所以，并不是随意找一些具有载流子的导体或半导体就能够制成PN结，然后进一步制成晶体管。晶体管实践的制作工艺也并非如此简略。
本文这样的解说办法首要是在不违背物理准则的前提下，企图把问题尽量地简化，尽量做到深入浅出、天然合理，以便于人们的了解与接受。这才是这种解说办法的首要含义地点。
附篇:
请问，这篇高文把三极管的扩大和截止两个状况论述其机理挺了解了。那么还有第三个状况，饱满状况是怎样一个状况?
1.三极管饱满状况是经过外部偏置电阻等预先设置好，通电后直接进入这个饱满状况的吗?
2.三极管处于饱满状况时，集电结施加正偏电压后，基区及集电区各载流子的运动状况是怎样的?我怎样觉得两个PN结都处于正偏置状况，感觉怪怪的呢?少量载流子怎样活动的?现已加的正偏电压 了，怎样还说是“反导游通”呢?
3.三极管饱满状况，集电极到发射极的电压为什么只需0.3V? 请把基极到发射极，集电极到发射极之间的电压用图示表示出来一下吧。莫非发射结跟集电结的势垒不相同大? 集电结假如是0.4，那么为什么发射结是0.7V?真是奇怪了。
你的问题很好!这也是三极管原理欠好了解的要害之地点，也是传统讲法的问题之地点。饱满状况时，集电极(NPN)的高电位已不存在(为零)，如你所说乃至低于基极电位，但依然有很大的饱满电流反向经过集电结。留意，这儿所说的“反向”是指电流的方向与集电结的单导游电(P指向N)的方向相反，电流的性质也依然是由发射极“发射”过来的“少量截流子”电流。值得着重的是：集电结对这个反向的少子电流实质上没有阻止效果，集电结作为PN结反向截止的仅仅“多子”电流，而不是“少子”电流。下面按你问题的次序来逐条说一下：
1 三极客的饱满状况的确取决于外部偏置电阻电路，但不必定需求事前设置好。如，当集电极电阻的参数处在适宜规模时，三极客是否进入饱满状况首要取决于基极的操控。开关型三极管便是这样作业的，要么截止要么饱满，取决于基极的操控。
2 三极客处于饱满状况时，两个PN结不是“都”处于正偏状况，发射结是正偏状况，要特别留意的是集电结，集电结电压尽管能够为正但决不能到达门值，所以集电结并不是正偏状况。假如集电结的正电压到达门值，则反向的集电结(极)“少子”电流将消失，取而代之的便是由基极指向集电极的“正向多子”电流，这时的三极管就彻底等效成了两个二极管，这个正向多子电流朴实便是集电结的一个正导游通电流(即二极管电流)，而不再具有集电极电流的任何含义。
所以，饱满状况条件下，发射结是正偏，集电结是“零”偏并不是正偏，因而，集电极的电流依然是以发射区过来的“少子”构成，归于少子反导游通电流。为什么说是反向，前已阐明。
3 饱满状况下三个电极的电位值问题与上面所说相似，要特别留意的是：此刻的集电结并不是一般含义上的正偏导通，这与发射结的正偏导通有着实质的不同。此刻，发射结正偏导通的电流是“多子”在门电压效果下的正向经过PN结的电流，是一般含义上的PN结正向电流;而集电结此刻是“零”偏，集电结经过的电流是归于“少子”性质的反向电流。所以，两个PN结的电流关于PN结本身来说是性质彻底不同的电流，因而，其电压值一个是0.7V而另一个是0.4V根本就无可比性，这是两个不同性质的外部条件参数，尽管都是电压，但性质不同。一个是正导游通的门电压，而另一个是满意饱满状况的“零”偏电压，只需在此条件下，集电极电流才会在定量上脱离的基极电流的“份额”操控进入所谓的饱满状况。
简略说，两个PN结都导通，一个是正导游通性，另一个是反导游通性质。正导游通的是多子电流，需求0.7V的门电压，另一个导通的是少子反向电流，这个少子的反向电流导通时不只能够不需求电压，乃至还能够接受一点弱小的“逆流”电压，你说的那个0.4V便是归于这种性质的电压。
再举个不太恰当的比方，假如把整个三极管比做一个水龙头，发射结的门电压则是操控这个水龙头是否出水的要害，而集电结电压仅仅水龙头终究该怎样出水、怎样出水的一个条件。发射结加上门电压，这个水龙头就翻开了。此刻，假如集电结加反偏电压，这个反偏电压其实正好契合水龙头的出水方向，所以它对出水有定性方面的协助，仅仅出水的量则要按严厉份额受控于Ib，可大可小，这便是扩大状况;假如集电结加零压，则出水量就会失掉份额操控，这也便是所谓的饱满状况(其实，这时的出水量并不见得必定会比扩大状况时大，很有或许还很小，其巨细首要取决于Uce);假如集电结加上适宜的“正偏”电压(此刻正偏电压对出水起反效果)，比方：稍大于0.4V但又小于0.7V，这个水龙头就会中止出水，为什么?由于发射结翻开的这个水流又被这个适宜的正偏逆流电压给堵回去了。明显，假如这个正偏电压超过了0.7V，这个水龙头的水流就会倒着流了。不知我这样说，是否更简略让人了解。
最终，再说一下你关于势垒的问题，两个PN结的势垒理论上应该彻底对称(疏忽其内部结构并不严厉对称的影响)，当两个PN结都加上正向偏置的门电压后，这一状况理论上彻底如此——对称。但这儿的问题是两上PN结的导通性质彻底不同，这一点以上已具体阐明，所以，才会呈现你说的0.7V与0.4V不相同的所谓问题。0.7V是PN结的正偏导通电压，而0.4V的正向电压如上所述，仅仅集电结为了堵住反向少子电流经过PN结的一个电压值。明显，这两个电压性质彻底不同。
依据我自己的一管之见，我嗦嗦地说了这么多，期望对你能有所协助。最终，谢谢你的问题，看得出你也是个十分仔细的人，能与你这样的网友评论问题，是让我感到十分愉快的事。
请问，三极管的饱满状况剖析，依照上面的那个输出特性曲线，怎样剖析呢?沿某一确认IB电流吗?怎样经过上面这个输出特性剖析饱满状况?是怎样进入饱满状况的?由于输出特性曲线是分别让IB和UCE改动后得到的一个曲线。假如是一个电路以及固定了，是不是得用带有负载线的曲线图进行剖析是否进入饱满状况的?
别的能够用电工学上的线性叠加办法来核算饱满状况的电流状况吗?
咱们以最常见的三极管输出特性图(Ib与Uce及与Ic的联络图)来说，便是当Ib满意大而Uce又满意小时就会进入饱满状况。或许再简略点，让Uce确认，比方为0.4V，从图中很简略就可看出只需Ib大到必定值，三极管就会进入饱满状况，所谓的饱满状况，也便是Ic在数量上不再与Ib坚持严厉份额的状况。
我以为，在外电路条件满意时，饱满状况下的电流核算当然能够依据线性办法来核算，由于，饱满状况下的三极管在电路中能够等效为一个接通了的开关。
这儿不便利画图，我只能说这些，期望能对你有协助。
