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三極管是經常應用的一個電子元器件，在模擬電路中經常利用其工作在線性區來做信號處理電流放大等，在數字電路中又會利用其工作在飽和區截止區來作為開關控制。作為開關使用，除了在數字電路中應用以外，還多用于電力電子中用作功率處理，常見有開關電源、逆變器等。然而，很多資料對三極管的介紹常常太過簡單或不夠深入，以至于我們對三極管的理解經常一頭霧水，或者對其工作機制理解不到位。所以本文著重從半導體內部機制來介紹其工作原理。

雙極性晶體管，全程雙極性結型晶體管（bipolar junction transistor, BJT），也就是我們常說的三極管。三極管的發明在電子學歷史上具有革命意義，1956年，威廉·肖克利（William Shockley）、約翰·巴?。↗ohn Bardeen）和沃爾特·布喇頓（Walter Brattain）因為三極管的發明工作被授予諾貝爾物理學獎。

半導體物理中的一些基本概念

在講解其工作原理之前，先簡單的介紹下半導體物理中的一些基本概念。

半導體是介于導體和絕緣體之間的一種介質，在不同的條件下可以表現出導電或者不導電的特性。電子半導體器件所用的材料大部分為硅、鍺等在元素周期表中處于金屬非金屬交界處的四價元素。

本征半導體 (intrinsic semiconductor))是指完全不含雜質的純凈半導體。因為不含雜質，其中的載流子僅僅只靠本征激發產生，其導電性很差。與之對應的是非本征半導體，根據摻雜不同分為N型半導體和P型半導體。

圖1 本征半導體

N型半導體是指在本征半導體摻入+5價元素（如P、Sb等）的半導體。由于加入了最外層為5個電子的元素，在形成共價鍵后會多出一個電子，這個電子就成了自由電子。半導體因為摻雜而多出了載流子為自由電子，所以稱為N型半導體。在N型半導體中，電子為多數載流子。

圖2 N型半導體

P型半導體是指在本征半導體中摻入了+3價元素（如B、Al）的半導體。由于加入了最外層為3個電子的元素，在形成共價鍵時會多出一個“空位”。周圍的電子會填充這個“空位”，看起來就像是“空位”在移動，我們稱這個“空位”為空穴。因為載流子空穴顯現出正電特性，這種半導體稱為P型半導體。在P型半導體中，空穴為多數載流子。

圖3 P型半導體

三極管的結構

三極管結構有NPN和PNP兩種，因為電子比空穴有更高的遷移率，所以NPN比PNP型三極管獲得更廣泛的應用。本文以NPN型三極管來介紹。下圖是NPN型三極管的內部結構示意圖和符號，可以看到三極管的基本結構是由兩個背靠背的PN結構成?；鶚O和發射極之間的PN結稱為發射結，基極和集電極之間的PN結稱為集電結。

圖4 三極管的結構示意圖和符號