三極管，又叫做雙極型三極管，是一種電流控制電流型半導(dǎo)體元器件，目前三極管的主要用途是信號(hào)放大，或者作為電子開關(guān)使用。
三極管分為NPN和PNP兩種類型，示意圖如下所示：
以下都以NPN型三極管為例說明三極管原理。三極管發(fā)射區(qū)的參雜濃度非常高，有非常多的載流子——自由電子，集電區(qū)的參雜濃度低一些，但是面積非常大，基區(qū)的厚度非常薄，厚度只有幾十微米。
由于電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及漂移運(yùn)動(dòng)，PN結(jié)形成內(nèi)部電場(chǎng)，由于三極管是NPN結(jié)構(gòu)，因此內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)形成集電結(jié)，發(fā)射區(qū)和基區(qū)形成發(fā)射結(jié)，形成兩個(gè)內(nèi)部電場(chǎng)，如下圖所示：
對(duì)三極管有一些了解的朋友都知道，要想三極管工作在放大區(qū)，必須集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置，只有這樣才能使三極管導(dǎo)通。可能朋友們都有一個(gè)疑惑，集電結(jié)反向偏置了應(yīng)該截止，怎么導(dǎo)通了?擊穿了?這還要從二極管原理說起，上一篇介紹了二極管原理的文章提到了，當(dāng)給PN結(jié)施加反向偏置電壓的時(shí)候，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬，空間電荷區(qū)的自由電子被電場(chǎng)加速，穿過PN結(jié)形成反向飽和電流。當(dāng)然這些自由電子屬于少子，形成的反向電流也很小。如果人為把自由電子注入空間電荷區(qū)，這些電子同樣被電場(chǎng)加速形成反向電流。因此只需要控制注入的電子數(shù)量就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的控制。
搭建如下電路，使集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。反向偏置的集電結(jié)在外部電場(chǎng)的幫助下變寬，同時(shí)正向偏置的發(fā)射結(jié)，由于內(nèi)部電場(chǎng)被削弱，自由電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，發(fā)射區(qū)內(nèi)部的大量自由電子擴(kuò)散到了基區(qū)，被集電結(jié)的內(nèi)部電場(chǎng)捕獲，被電場(chǎng)加速送到了集電結(jié)，集電區(qū)內(nèi)部的自由電子被反向偏置電壓吸出，產(chǎn)生大量空穴，這些空穴收集發(fā)射過來的電子，從而形成集電極電流Ic。發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子只有極少的被基極偏置電壓吸出，形成基極電流Ib。Ic=βIb，β叫做放大倍數(shù)，這放大倍數(shù)是和制作工藝相關(guān)的，同一批制作出來的三極管也不一定相同，但是每個(gè)三極管的放大倍數(shù)可以認(rèn)為是不會(huì)變的，也就是說只要控制了基極電流Ib，就能控制集電極電流Ic。
下面再來看看如何控制基極電流的：
以下圖片是二極管的伏安特性曲線，隨著二極管兩端的電壓增大，流過二極管的電流呈指數(shù)增大。發(fā)射結(jié)也可以等效為一個(gè)二極管，伏安特性也符合以下曲線，因此只要控制發(fā)射結(jié)電壓就好了。說到這里有朋友就說發(fā)射結(jié)電壓不是固定的0.7V嗎?如何控制?實(shí)際上在三極管處于放大狀態(tài)時(shí)發(fā)射結(jié)電壓Ube并不是固定的0.7V，只是變化很小，有時(shí)候可以忽略不計(jì)。
當(dāng)可調(diào)電阻R2分別調(diào)整為100%和0%時(shí)，集電極電壓如下，既不是最大值5V也是不是最小值0V，說明R2在調(diào)整過程中，三極管始終工作在放大區(qū)。
R2調(diào)整到100% 時(shí)Ube=650mV，Ib=4.5uA
R2調(diào)整到0% 時(shí)Ube=685mV，Ib=14.5uA
由此可見R2增大時(shí)，Ib減小，Ube減小，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子減少，進(jìn)而Ic減小。嚴(yán)格來說三極管也是個(gè)壓控流半導(dǎo)體器件。