（本文以NPN型三極管為例）
前言
相信很多初學(xué)電子的朋友，在剛接觸三極管的時候，都很難理解其原理，筆者當(dāng)初就是如此。雖然知道它的作用是可以用小電流控制大電流——電流放大作用，但對于里面的原理卻一直困惑。在網(wǎng)上找了很多資料，對其原理描述都很模糊。筆者查詢了和三極管相關(guān)的半導(dǎo)體資料，對其原理有進一步的認識，想拿出來和各位電子初學(xué)者一起學(xué)習(xí)，同時希望拋磚引玉，學(xué)習(xí)其他電子愛好者的觀點。
關(guān)鍵字：三極管 原理 電子初學(xué)者 電子愛好者
一、概念理解
1、N型半導(dǎo)體：又稱為電子型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中通過特殊工藝摻入少量的五價元素（如磷、砷、銻等）而形成，其內(nèi)部自由電子濃度遠大于空穴濃度。所以，N半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負電的多數(shù)載流子——自由電子，而少數(shù)載流子是空穴。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。由于自由電子主要由所摻入的雜質(zhì)提供，所以摻入的五價雜質(zhì)越多，自由電子的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強。而空穴由熱激發(fā)形成，環(huán)境溫度越高，熱激發(fā)越劇烈。
2、P型半導(dǎo)體：又稱為空穴型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼）而形成，其內(nèi)部空穴濃度遠大于自由電子濃度，所以，P型半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電的多數(shù)載流子——空穴，而少數(shù)載流子是自由電子。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。由于空穴主要由所摻入雜質(zhì)原子提供，摻入三價的雜質(zhì)越多，空穴的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強。而自由電子是由熱激發(fā)形成，環(huán)境溫度越高，熱激發(fā)越激烈。
3、PN結(jié)及特性：P型和N型半導(dǎo)體接觸時，在界面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴散，電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴散。空穴和電子相遇而復(fù)合，載流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有內(nèi)建一個由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。由于內(nèi)電場是由多子建成，所以達到平衡后，內(nèi)建電場將阻擋多數(shù)載流子的擴散，但不能阻止少數(shù)載流子。P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子一旦接近PN結(jié)，便在內(nèi)電場的作用下漂移到對方。
ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦?div style="height:15px;">
外加正向電壓（正偏）：在外電場作用下，多子將向ＰＮ結(jié)移動，結(jié)果使空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場被削弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移，擴散運動起主要作用。結(jié)果，Ｐ區(qū)的多子空穴將源源不斷的流向Ｎ區(qū)，而Ｎ區(qū)的多子自由電子亦不斷流向Ｐ區(qū)，這兩股載流子的流動就形成了ＰＮ結(jié)的正向電流。
外加反向電壓（反偏）：在外電場作用下，多子將背離ＰＮ結(jié)移動，結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場被增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散，漂移運動起主要作用。漂移運動產(chǎn)生的漂移電流的方向與正向電流相反，稱為反向電流。因少子濃度很低，反向電流遠小于正向電流。當(dāng)溫度一定時，少子濃度一定，反向電流幾乎不隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流。
4、擴散和漂移：多數(shù)載流子移動時擴散，少數(shù)載流子移動時漂移。
5、復(fù)合：電子和空穴相遇就會復(fù)合，大量的電子-空穴對復(fù)合就形成電流。
6、空間電荷區(qū)：也稱耗盡層。在PN結(jié)中，由于自由電子的擴散運動和內(nèi)電場導(dǎo)致的漂移運動，使PN結(jié)中間的部位(P區(qū)和N區(qū)交界面)產(chǎn)生一個很薄的電荷區(qū)，它就是空間電荷區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子已擴散到對方并復(fù)合掉了，或者說消耗殆盡了，因此，空間電荷區(qū)又稱為耗盡層。P區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負電荷，N區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)正電荷，因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。內(nèi)電場將阻礙多子的擴散，而少子一旦靠近PN結(jié)，便在內(nèi)電場的作用下漂移到對方。PN結(jié)正偏時，內(nèi)電場減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。PN結(jié)反偏時，擴散運動使空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散。
7、內(nèi)電場：PN結(jié)附近空間電荷區(qū)中，方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。內(nèi)電場對多數(shù)載流子起隔離作用，而對少數(shù)載流子起導(dǎo)通作用。
8、載流子：可以自由移動的帶有
電荷的物質(zhì)微粒，如電子和
離子。金屬中為電子，半導(dǎo)體中有兩種載流子即電子和空穴。
9、少數(shù)載流子：P型半導(dǎo)體地少數(shù)載流子是自由電子，N型半導(dǎo)體中是空穴。
10、二極管：單向?qū)щ娦?。正偏多?shù)載流子可以通過，反偏少數(shù)載流子可以通過。反偏時P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體不能提供源源不斷的少數(shù)載流子，所以反偏近似無電流。
二、三極管的工藝要求及作用
1、發(fā)射區(qū)摻雜濃度高：確保發(fā)射區(qū)中有足夠多的多數(shù)載流子——電子，當(dāng)基極電壓高于發(fā)射極的時候，才有足夠多的電子擴散到基極。
2、基區(qū)做得非常薄：可以更好的讓基極（P型半導(dǎo)體）中的少數(shù)載流子——電子漂移到集電極。
三、工作條件
1、集電極電壓（Vc）大于基極電壓（Vb），基極電壓（Vb）稍高于發(fā)射極電壓（Ve）。即：Vc>Vb>Ve，其中Vb一般高于Ve為0.7V；Vc常見電壓比Ve高12V。這樣就使得集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。
2、如要取得輸出必須加負載電阻。
四、三極管的工作原理
圖解如下：
照片名稱：三極管工作原理，所屬相冊：
電子NPN型三極管工作原理圖
五、關(guān)于三極管的問題
1、集電極（C極）處于反偏狀態(tài)，為什么還有電流通過？
答：PN結(jié)正偏情況下是利于“多數(shù)載流子”通過，而反偏則利于“少數(shù)載流子”通過，對于基極（B極）來說，它的少數(shù)載流子是電子，而當(dāng)基極電壓高于發(fā)射極，有電流注入時，發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散大量電子。這些電子在內(nèi)電場的作用下漂移到C極。從三極管外部看來，電流能通過反偏的集電結(jié)，其實，要分清楚“多子”、“少子”的區(qū)別。P型半導(dǎo)體的多子是空穴，少子是自由電子；N型半導(dǎo)體的多子是自由電子，少子是空穴。
2、為什么集電極要加上很高的電壓？
答：電壓高能使集電結(jié)的內(nèi)電場更強，作用在少子上的力更大，有利于少子、尤其是從基區(qū)漂移到發(fā)射區(qū)的電子；同時阻止多子的通過。
3、為什么基區(qū)要做得很薄？
答：因為少子越貼近內(nèi)電場，就越容易受其作用漂移到PN結(jié)對面。如果做得太厚，那進入基區(qū)的電子就不能很好地受內(nèi)電場的作用，不能很好地漂移到集電區(qū)，所以要從生產(chǎn)工藝上把它做得很薄，厚度一般在幾個微米至幾十個微米。
4、為什么發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高？
答：發(fā)射區(qū)摻雜濃度高才有更多的多數(shù)載流子，P型半導(dǎo)體中的多子是空穴，而NPN型半導(dǎo)體的發(fā)射區(qū)是N型半導(dǎo)體，摻雜濃度高使其有更多的自由電子，這樣在基極和發(fā)射極的電壓差（基極高于發(fā)射極）作用下，才有更多電子擴散到基區(qū)。假設(shè)發(fā)射區(qū)的摻雜濃度和基區(qū)濃度相同，那么擴散到基區(qū)的電子絕大多數(shù)會跟基區(qū)的空穴進行復(fù)合掉，電流的放大能力下降。
5、放大倍數(shù)β如何確定？
答：在生產(chǎn)過程中，控制基區(qū)的厚度和各個區(qū)的摻雜濃度，就能生產(chǎn)出不同放大倍數(shù)β的三極管。
6、基極（B極）小電流如何控制集電極大電流？
答：當(dāng)基極沒有電流的時候，集電結(jié)幾乎沒有電子通過；基極電流慢慢增大時，集電結(jié)在正偏電壓作用下，多子逐漸激烈地向基區(qū)擴散。由于基區(qū)摻雜濃度低，擴散到集電區(qū)的多子少，需要外部注入的電流小。發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，擴散到基區(qū)的多子多，需要外部注入的電流大。放大倍數(shù)跟基區(qū)厚度、發(fā)射區(qū)摻雜濃度成正比。發(fā)射極跟基極復(fù)合的電子非常少，主要被集電結(jié)的內(nèi)電場拉到集電區(qū)，集電極電流近似于發(fā)射極電流。外部注入基極電流越大，發(fā)射區(qū)到基區(qū)的電子擴散就越激烈，漂移到集電區(qū)的電子也越多。在三極管的外部看來，發(fā)射極電流和集電極電流也急劇增大。
7、用兩個二極管可否焊接成一個三極管？
答：雖然兩個二極管能結(jié)成一個NPN或PNP型的三極管，但其內(nèi)部硅晶體的摻雜濃度不同于三極管，再者“基極”沒能做得很薄，漂移過“集電結(jié)”的少子相當(dāng)少（不是沒有），因此發(fā)射極中的載流子幾乎不能到達集電結(jié)。
六、其它資料請查閱其它網(wǎng)頁或書籍。
以上是筆者對三極管的工作原理的淺釋，適合初學(xué)電子基礎(chǔ)的朋友參閱，希望對初學(xué)電子的朋友有所幫助。由于筆者閱歷淺和實踐經(jīng)驗不足，在撰寫的過程難免有疏漏，請各位讀者批評指正
