【導讀】本文節選自  WILLIAM J. BEATY[1]  在1995年寫的一篇博文：HOW DO TRANSISTORS WORK?  NO, HOW DO THEY REALLY WORK?[2] ，他就自己對於雙極性三極管工作機理的理解進行了討論。他很善於表達
，前後分成了 第一頁[7] 、 第二頁[3] 來充分討論。

雖(sui)然(ran)對(dui)於(yu)他(ta)的(de)講(jiang)解(jie)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)觀(guan)點(dian)與(yu)方(fang)法(fa)我(wo)尚(shang)未(wei)完(wan)全(quan)理(li)解(jie)和(he)認(ren)同(tong)，但(dan)還(hai)是(shi)被(bei)他(ta)那(na)充(chong)滿(man)思(si)考(kao)的(de)論(lun)述(shu)以(yi)及(ji)詳(xiang)盡(jin)的(de)表(biao)示(shi)所(suo)吸(xi)引(yin)。相(xiang)信(xin)這(zhe)篇(pian)又(you)臭(chou)又(you)長(chang)的(de)文(wen)章(zhang)更(geng)能(neng)激(ji)發(fa)每(mei)一(yi)個(ge)閱(yue)讀(du)者(zhe)，特(te)別(bie)是(shi)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)去(qu)深(shen)入(ru)探(tan)索(suo)事(shi)物(wu)背(bei)後(hou)的(de)物(wu)理(li)機(ji)製(zhi)。

大da多duo數shu關guan於yu晶jing體ti三san極ji管guan內nei部bu工gong作zuo機ji理li講jiang解jie的de技ji術shu書shu籍ji都dou講jiang解jie的de不bu好hao。首shou先xian他ta們men都dou是shi先xian假jia設she三san極ji管guan基ji極ji電dian流liu以yi某mou種zhong方fang式shi控kong製zhi著zhe集ji電dian極ji電dian流liu，然ran後hou在zai解jie釋shi它ta們men是shi如ru何he相xiang互hu影ying響xiang的de。這zhe種zhong講jiang解jie注zhu定ding要yao失shi敗bai，是shi因yin為wei普pu通tong的de雙shuang極ji性xing三san極ji管guan，就jiu像xiang場chang效xiao應ying管guan一yi樣yang也ye是shi一yi種zhong電dian壓ya控kong製zhi器qi件jian，而er不bu是shi一yi個ge電dian流liu去qu控kong製zhi另ling一yi個ge電dian流liu。真zhen實shi情qing況kuang是shi基ji極ji-發射極電壓（Ube）控製著基極-發射極之間PN結的具有絕緣特性的耗盡層（Depletion）厚度

，這層耗盡層位於基極
、集電極電流的通道上。

“原作者注：本文探究設計型晶體管內部工作機製：是(shi)從(cong)物(wu)理(li)學(xue)家(jia)的(de)視(shi)角(jiao)，而(er)不(bu)是(shi)從(cong)工(gong)程(cheng)師(shi)或(huo)者(zhe)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)應(ying)用(yong)的(de)角(jiao)度(du)。在(zai)解(jie)決(jue)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)問(wen)題(ti)中(zhong)，工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)將(jiang)晶(jing)體(ti)管(guan)看(kan)成(cheng)是(shi)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)器(qi)件(jian)模(mo)型(xing)，或(huo)是(shi)可(ke)變(bian)跨(kua)導(dao)器(qi)件(jian)，或(huo)是(shi)電(dian)荷(he)控(kong)製(zhi)的(de)電(dian)流(liu)源(yuan)。我(wo)們(men)正(zheng)式(shi)通(tong)過(guo)上(shang)述(shu)建(jian)立(li)的(de)黑(hei)盒(he)子(zi)模(mo)型(xing)來(lai)理(li)解(jie)帶(dai)有(you)晶(jing)體(ti)管(guan)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)。值(zhi)得(de)警(jing)惕(ti)的(de)是(shi)，當(dang)我(wo)們(men)想(xiang)解(jie)開(kai)罩(zhao)在(zai)晶(jing)體(ti)管(guan)上(shang)的(de)迷(mi)霧(wu)去(qu)了(le)解(jie)其(qi)內(nei)部(bu)工(gong)作(zuo)機(ji)理(li)時(shi)，這(zhe)些(xie)有(you)用(yong)的(de)黑(hei)盒(he)子(zi)模(mo)型(xing)反(fan)而(er)會(hui)幹(gan)擾(rao)我(wo)們(men)的(de)理(li)解(jie)。”

圖1 通常情況下對於雙極型三極管電流放大機製示意圖

“

“信仰”與“偏見”之間的差別就是你可以心平氣和的探討信仰
，但對偏見卻不能。--無名氏”

當我在孩童時開始對電子科學感興趣的時候，就開始潛心探究晶體管是如何工作的。嗯，已經達到了某種癡迷的程度。

我看過很多解釋“共基”放大電路的文章，這種“共基”放fang大da電dian路lu最zui初chu是shi由you晶jing體ti管guan發fa明ming者zhe所suo使shi用yong的de一yi種zhong工gong作zuo模mo式shi。使shi用yong鍺zhe半ban導dao體ti做zuo成cheng的de基ji極ji接jie地di
，信xin號hao通tong過guo發fa射she極ji輸shu入ru到dao集ji體ti管guan。自zi從cong這zhe種zhong電dian路lu越yue來lai越yue少shao用yong，我wo也ye就jiu不bu再zai夢meng想xiang去qu尋xun找zhao自zi己ji對dui晶jing體ti管guan工gong作zuo機ji理li的de解jie釋shi了le，轉zhuan而er在zai已yi知zhi的de“共射”放fang大da電dian路lu的de基ji礎chu上shang來lai建jian立li晶jing體ti管guan工gong作zuo原yuan理li。共gong射she電dian路lu中zhong，晶jing體ti管guan的de發fa射she極ji連lian接jie公gong共gong地di，信xin號hao從cong基ji極ji送song入ru晶jing體ti管guan，放fang大da信xin號hao則ze是shi由you集ji電dian極ji到dao電dian源yuan的de阻zu抗kang上shang產chan生sheng。

圖2 最早晶體三極管專利與其工作原理介紹

盡管存在著自己不滿意的地方
，但基於共射電路來闡述晶體管工作原理還是行得通的。令人想不明白的是，為何教科書總是使用“共基”電路來給小白們講解晶體管工作機理。

當我上了專科學校之後，依然驚奇的發現對於雙極型三極管的工作原理解釋一塌糊塗。誠然三極管都是被精確的數學描述了：隻要把基極電流乘以參數hfe就可以得到集電極電流；或者把三極管當成雙端口網絡，使用 Ebers-Moll[4] 方程來描述網絡傳遞方程。

但這仍然是將晶體管當成一個黑盒子來看到，缺少對於其工作機理的解釋：到底小的基極電流如何影響大的集電極電流？ 仿佛所有人都對此問題漠不關心。班級中其他同學也都是把對公式的記憶當成對於概念的學習和工作原理的探究。

圖3 Collctor Current Determination

R. Feynman[5] 將這種學習態度稱為歐幾裏得式學習或者希臘式觀點，一種對數學的癡迷心態。與此對立的是理學家，他們采用* 巴比倫式觀點 
，即概念遠比公式重要。

我（作者）是一個徹底的巴比倫主義者，對我來說，在起初數學是沒有用處的。公式就像程序Spice中的黑盒子一樣，盡快可以有效的工作，但無法產出器件中真實的工作機理。我可以學習公式，但它們就像在大腦中運行的Spice程序一樣，用不到電腦
，但仍然無法知道晶體管究竟如何工作的。

首(shou)先(xian)告(gao)訴(su)我(wo)晶(jing)體(ti)管(guan)工(gong)作(zuo)機(ji)製(zhi)是(shi)什(shen)麼(me)
，產(chan)生(sheng)栩(xu)栩(xu)如(ru)生(sheng)圖(tu)像(xiang)，使(shi)用(yong)恰(qia)當(dang)的(de)比(bi)喻(yu)。我(wo)隻(zhi)有(you)在(zai)直(zhi)觀(guan)上(shang)和(he)骨(gu)子(zi)裏(li)了(le)解(jie)了(le)事(shi)物(wu)的(de)機(ji)理(li)之(zhi)後(hou)

，數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)才(cai)是(shi)有(you)用(yong)的(de)
，並(bing)可(ke)以(yi)提(ti)純(chun)和(he)精(jing)煉(lian)一(yi)些(xie)細(xi)節(jie)。對(dui)我(wo)來(lai)說(shuo)，數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)不(bu)是(shi)對(dui)事(shi)物(wu)本(ben)質(zhi)的(de)描(miao)述(shu)，它(ta)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)工(gong)具(ju)、烹飪方法，它隻能告訴你最終的數值結果
，除此之外沒有別的，更沒有任何專業知識。

現在，許多年過去了，我想我現在知道了真正問題所在。

傳統的晶體管工作機理解釋都太差勁了。

在高中課本
、電子愛好者雜誌上看到的一個個解釋都令人恐懼，到處充滿著錯誤和矛盾。他們對“電流”cuowujieshichengmouzhongliudongdewuzhi，duiyushenmeshijueyuantimeiyounenggouhenhaodeshuoming。tamenshituzhengmingjijidianliukeyizhijieyingxiangjidianjidianliu。gongchengshidecankaoshuzhonghuafeidaliangdepianfutuidaogongshi，bingjinxingruanjianfangzhen，danbingbudasuanzuoxialaishiyongdabaihualaimiaoshuyixiazaisanjiguanzhongdaodifashengleshenme。shiyonggongjifangdiandianlulaiduixiaobaimenjieshigongzuojiliderendayourenzai。yongzhezhongfangfayunongrennandaojinjinzheshichuantongdejieshifangfama

？weishabuduofeixiexinsiqugaishanjieshi，nandaozhexiedoushiyuhuangdadifabudejinjuliangyan？

好hao吧ba
，如ru果guo隻zhi有you我wo而er沒mei有you別bie人ren認ren為wei關guan於yu晶jing體ti管guan的de解jie釋shi需xu要yao改gai善shan，我wo就jiu需xu要yao兌dui現xian我wo的de承cheng諾nuo。如ru果guo我wo能neng夠gou做zuo對dui了le，就jiu可ke以yi很hen容rong易yi對dui晶jing體ti管guan工gong作zuo機ji理li的de解jie釋shi得de到dao顯xian著zhu的de改gai善shan。

xiamianjiushiguanyuwoduiyujingtiguanruhegongzuodezhenshijilidexiangfa，tabushijiyujishushujihuozhedianziaihaozhezazhizhongdechuantongjieshi，ershigenjubandaotiwuliyijiEvers-Moll模型背後的細節。我將通常的數學模型轉換成可以描述
、直(zhi)觀(guan)的(de)闡(chan)述(shu)方(fang)式(shi)。你(ni)會(hui)發(fa)現(xian)
，一(yi)些(xie)新(xin)的(de)概(gai)念(nian)將(jiang)被(bei)引(yin)入(ru)。對(dui)你(ni)來(lai)說(shuo)也(ye)許(xu)記(ji)住(zhu)幾(ji)個(ge)公(gong)式(shi)比(bi)了(le)解(jie)這(zhe)些(xie)內(nei)部(bu)機(ji)理(li)更(geng)容(rong)易(yi)，一(yi)旦(dan)你(ni)想(xiang)解(jie)碼(ma)我(wo)的(de)闡(chan)述(shu)以(yi)及(ji)附(fu)加(jia)的(de)ASCIIzifutuxing，nijiuyijingchengweikeyizhenzhengdongdejingtiguandeshaoshujingying。wofaxianhenduozishendedianzigongchengshiduiyujingtiguangongzuojilibingmeiyouqingxidelijie，ernijianghuizaizhefangmianchaoguotamen。

首先，你需要拋棄電流在晶體管中穿行或者在導線中流動的觀念。是的

，你聽我的沒錯：電流並不流動[6] ！電流從來就沒流動過，因為電流壓根就不是一個實體。電流實際上是別的一些物體流動所導致的。

類比一下，你可以問問自己：什麼東西在河道中流動
？是“水流”？還是“河水”？

“既然電流是由電荷運動引起的

，所以通常“電流流動”的說法就應該避免，因為字麵上它是說電荷的流動的流動。△ - MODERN COLLEGE PHYSICS, Richards, Sears, Wehr, Zemansky”

電線中流動的到底是啥玩意？

那些在電線中移動的物體並不被稱為為“電流”，而是“電荷”。流動的是帶電粒子而不是電流。帶電粒子可以運動、也可以靜止，但運動本身並不流動，隻有粒子才流動。

就像在河道（或者水管）li，shishuizailiudong，erbushishuiliuzailiudong。guanyushushuiguandao，yezhiyouwomenfangqiguandaoshikongde，cainenghenhaolijieguandaowangluo，congerxiangxinyizhongshenqideshiwujiao“水流”。輸水管道本來就充滿著水，水在其中流動。這一點比喻可以適用於電流。電線中並不充滿著“流動的電流”，而(er)是(shi)預(yu)先(xian)充(chong)滿(man)了(le)各(ge)種(zhong)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)。電(dian)荷(he)是(shi)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)實(shi)體(ti)，它(ta)是(shi)由(you)物(wu)理(li)粒(li)子(zi)攜(xie)帶(dai)，並(bing)以(yi)實(shi)際(ji)的(de)速(su)度(du)和(he)方(fang)向(xiang)運(yun)動(dong)。這(zhe)些(xie)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)行(xing)為(wei)上(shang)很(hen)像(xiang)氣(qi)體(ti)，或(huo)者(zhe)液(ye)體(ti)。但(dan)是(shi)電(dian)流(liu)與(yu)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)不(bu)同(tong)：帶電粒子是實體，但電流不是的。（如果將電流比作風，那麼帶電粒子就是氮原子！）。

如果在下麵的思想實驗中，將電流忽略，代以對帶電粒子運動的運動細節考察
，就可以在電子器件原理的理解方麵撥雲見日。

其qi次ci，導dao體ti中zhong的de帶dai電dian粒li子zi並bing不bu是shi靠kao相xiang互hu之zhi間jian的de推tui搡sang而er產chan生sheng定ding向xiang運yun動dong的de，而er是shi通tong過guo電dian位wei差cha，是shi通tong過guo導dao體ti內nei部bu電dian場chang的de推tui動dong產chan生sheng定ding向xiang運yun動dong。帶dai電dian粒li子zi不bu是shi被bei電dian源yuan發fa送song出chu來lai，就jiu像xiang水shui從cong水shui塔ta中zhong流liu出chu那na樣yang。如ru果guo你ni想xiang象xiang著zhe電dian子zi從cong電dian源yuan負fu極ji流liu出chu
，通tong過guo電dian路lu中zhong空kong曠kuang的de導dao線xian流liu動dong
，那na就jiu大da錯cuo特te錯cuo了le。同tong樣yang如ru果guo你ni認ren為wei電dian源yuan工gong作zuo時shi對dui外wai提ti供gong電dian荷he也ye是shi錯cuo到dao沒mei邊bian了le。電dian線xian並bing不bu是shi一yi個ge空kong的de電dian子zi管guan道dao，電dian源yuan也ye不bu對dui外wai提ti供gong任ren何he電dian子zi。電dian源yuan隻zhi是shi產chan生sheng電dian流liu，或huo激ji勵li出chu電dian流liu，在zai此ci過guo程cheng中zhong電dian源yuan看kan起qi來lai並bing不bu是shi往wang電dian線xian裏li麵mian發fa送song電dian荷he。電dian源yuan更geng像xiang水shui管guan中zhong的de水shui泵beng。水shui泵beng僅jin僅jin提ti供gong管guan道dao中zhong的de水shui壓ya，它ta不bu提ti供gong水shui本ben身shen。

第三
，你是否參透了電子線路直觀理解中的最大的秘密
？

所有導線都已經充滿了帶電粒子

包括金屬線
、矽半導體等等，都像充滿水的管道或者水池。這裏的水是指導體中數量眾多的可以自由移動帶電粒子。電路可以看成“充滿水的管道”。這種想法常常被“流動的電流”、“電源發送電流”等概念所蒙蔽。我們需要拋棄電線像一個空的管道的想法，也不要考慮在電線中的流動的電流 。一旦拋開電流這個概念，我們便可以悟出簡單電路中令人驚訝的景象，嗯

？！

如ru果guo將jiang電dian路lu比bi喻yu成cheng輸shu水shui管guan道dao
，那na麼me這zhe個ge管guan道dao中zhong永yong遠yuan充chong滿man著zhe水shui。基ji於yu這zhe個ge觀guan點dian非fei常chang重zhong要yao
，否fou則ze對dui於yu半ban導dao體ti就jiu無wu法fa理li解jie

，甚shen至zhi導dao體ti也ye無wu法fa理li解jie。金jin屬shu中zhong包bao含han了le海hai量liang可ke以yi運yun動dong的de電dian子zi，仿fang佛fo形xing成cheng了le帶dai電dian液ye體ti。一yi塊kuai銅tong片pian，就jiu像xiang一yi個ge電dian子zi水shui潭tan ，物理學家稱其為“金屬中的電子海洋”
，或者“帶電粒子海洋”。半(ban)導(dao)體(ti)同(tong)樣(yang)也(ye)充(chong)滿(man)著(zhe)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)的(de)帶(dai)電(dian)實(shi)體(ti)，無(wu)論(lun)它(ta)們(men)是(shi)連(lian)接(jie)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)還(hai)是(shi)擺(bai)在(zai)書(shu)櫥(chu)裏(li)。當(dang)電(dian)壓(ya)施(shi)加(jia)在(zai)一(yi)塊(kuai)矽(gui)片(pian)中(zhong)
，裏(li)麵(mian)的(de)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)就(jiu)會(hui)在(zai)電(dian)場(chang)的(de)驅(qu)動(dong)下(xia)運(yun)動(dong)。

同tong樣yang請qing注zhu意yi
，金jin屬shu中zhong的de粒li子zi是shi不bu帶dai電dian的de。這zhe是shi因yin為wei每mei個ge一yi電dian子zi周zhou圍wei都dou存cun在zai這zhe質zhi子zi
，所suo以yi盡jin管guan金jin屬shu中zhong存cun在zai海hai量liang的de帶dai電dian粒li子zi，但dan整zheng體ti上shang並bing沒mei有you出chu現xian淨jing電dian荷he。金jin屬shu中zhong的de這zhe些xie沒mei有you電dian荷he的de粒li子zi可ke以yi被bei稱cheng為wei“抵消的電荷”。盡(jin)管(guan)電(dian)子(zi)上(shang)的(de)電(dian)荷(he)被(bei)周(zhou)圍(wei)質(zhi)子(zi)中(zhong)的(de)電(dian)荷(he)抵(di)消(xiao)，但(dan)依(yi)然(ran)可(ke)以(yi)在(zai)質(zhi)子(zi)周(zhou)圍(wei)移(yi)動(dong)。抵(di)消(xiao)電(dian)荷(he)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)，所(suo)以(yi)在(zai)沒(mei)有(you)淨(jing)電(dian)荷(he)的(de)金(jin)屬(shu)中(zhong)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)電(dian)荷(he)流(liu)動(dong)。

好吧，既然“管道”中zhong已yi經jing充chong滿man了le液ye體ti
，在zai理li解jie電dian路lu中zhong我wo們men就jiu不bu應ying該gai將jiang電dian源yuan輸shu出chu端duan口kou作zuo為wei電dian路lu的de開kai始shi起qi點dian，相xiang反fan可ke以yi把ba電dian路lu中zhong任ren何he元yuan器qi件jian當dang做zuo電dian路lu的de起qi點dian。當dang考kao察cha的de元yuan器qi件jian被bei施shi加jia電dian壓ya時shi，其qi中zhong的de帶dai電dian粒li子zi就jiu會hui流liu動dong。

對於在中學裏學到的“電燈泡電路解釋”重新進行修正
，下麵是修改過的版本：

一個精確的對電燈泡電路的解釋：

電線中充滿著電荷（所有導體都是！）ruguonijiangyixiedianxianlianjiechengyigegutihuanlu，nijiugouzaoleyigedianlu。zhegejinshuhuanlujiuxiangyigeyoudaidianlizixingchengdeyidongyunshudai。jiexialaiwomenzaihuanluzhongduankaijichu，jierudianchi

、dengpaodeng。dianchijiuxiangyigelizibeng，dengpaozexiangyigemocazhidongqi。dianchiqudongzhedianheyanzhedianxianyundong
，dianxianzhongsuoyoudedianhedouzaiyundong，cishidengpaojiuxiangmocazhidongqiyiyangmocafare。

根據這個描述
，帶電粒子從燈泡中燈絲的一端出發（注意，並不是從電池出發，而是在燈泡內分析）。帶電粒子被強迫流過燈絲，然後從另外一端流出，並沿著第一段連接金屬線流向電源接口。（在同時，更多的帶電粒子從燈絲另一端流入燈絲）。dianchiqudongdaidianlizitongguotabingconglingyiduanlikai，bingyanzhediertiaoxianliuxiangdengpao。tamentongguodengpaoneidedengsixingchengbihehuilu。tongshi，dianluzhongdeqitabufendianzidouzuoxiangtongdeyundong。zhejiuxiang yigeyoudaidianlizizuchengdechuansongdai。dianxianjiuxiangneibuzangyouyigechuansongdai。dengpaokanqilaixiangyigemocazhidongqi，dangdianhebeiqiangpotongguoshimocafare。dianchidezuoyongshijiasuzhenggechuansongdaoyunxingsudu，tongshidengpaodezulijiangtafangman。zuizhongchuansongdaodadaoyigehengdingdeyunxingsudu

，dengpaofarefaguang。

“真相在使得你放飛自我之前先把你惹毛了。△ 無名氏”

簡要總結：

  1. 導體中流動的是帶電粒子，而通常講的電流並不流動；

  2. 導體中的帶電粒子是由電場驅動下運動
；

  3. 任何電線中都預先充滿著海量可以移動的電荷；

  4. 電池、電源就像一個電荷泵

；隻提供電荷運動的電壓，而不產生任何電荷；

  5. 電燈泡
，或者電阻看起來像一個摩擦製動器

；

最後，導體和絕緣體的差別很簡單：導dao體ti是shi一yi個ge預yu先xian充chong滿man水shui的de管guan道dao
，而er絕jue緣yuan體ti則ze像xiang一yi個ge被bei結jie冰bing堵du塞sai的de水shui管guan。它ta們men都dou包bao含han有you帶dai電dian物wu質zhi，但dan絕jue緣yuan體ti中zhong的de帶dai電dian物wu質zhi無wu法fa運yun動dong。當dang水shui管guan中zhong存cun在zai水shui壓ya時shi，水shui會hui流liu動dong。但dan對dui於yu空kong水shui管guan，沒mei有you任ren何he可ke以yi流liu動dong的de物wu體ti，所suo以yi也ye不bu會hui有you水shui流liu。當dang水shui管guan中zhong結jie冰bing堵du塞sai，冰bing被bei卡ka在zai其qi中zhong無wu法fa移yi動dong，也ye同tong樣yang不bu會hui產chan水shui流liu。所suo以yi絕jue緣yuan體ti


，要yao麼me沒mei有you帶dai電dian粒li子zi
，要yao麼me帶dai電dian粒li子zi無wu法fa移yi動dong。這zhe一yi點dian在zai很hen多duo教jiao科ke書shu上shang描miao述shu錯cuo誤wu。他ta們men往wang往wang將jiang導dao體ti定ding義yi為wei帶dai電dian粒li子zi可ke以yi通tong過guo的de物wu體ti，絕jue緣yuan體ti則ze是shi阻zu礙ai帶dai電dian粒li子zi通tong過guo。不bu是shi的de

，就jiu像xiang空kong氣qi，真zhen空kong實shi際ji上shang並bing不bu阻zu礙ai帶dai電dian粒li子zi通tong過guo，但dan它ta們men是shi良liang好hao的de絕jue緣yuan體ti。事shi實shi上shang，導dao體ti是shi一yi些xie充chong滿man可ke移yi動dong帶dai電dian粒li子zi的de物wu體ti
，而er絕jue緣yuan體ti則ze缺que乏fa這zhe些xie移yi動dong帶dai電dian粒li子zi。

如果一本書在這些基礎概念上出現錯誤


，那麼後麵的解釋，就像在垃圾上搭建的高樓，也會隨之崩塌。

在正式探討晶體管之前
，還有一個事情：矽(gui)與(yu)普(pu)通(tong)的(de)金(jin)屬(shu)存(cun)在(zai)著(zhe)不(bu)同(tong)之(zhi)處(chu)。金(jin)屬(shu)中(zhong)充(chong)滿(man)著(zhe)可(ke)以(yi)動(dong)的(de)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)


，摻(chan)雜(za)後(hou)的(de)矽(gui)也(ye)通(tong)常(chang)充(chong)滿(man)著(zhe)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)的(de)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)。它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)有(you)什(shen)麼(me)區(qu)別(bie)嗎(ma)


？

當然有
，這是關於“帶隙”的概念，是電子和空穴之間的差異。但這不是最重要的。真正重要的差別也很簡單：金jin屬shu中zhong的de移yi動dong帶dai電dian粒li子zi很hen多duo，但dan矽gui中zhong則ze很hen少shao。比bi如ru在zai銅tong中zhong

，每mei一yi個ge銅tong原yuan子zi都dou可ke以yi貢gong獻xian一yi個ge可ke以yi移yi動dong的de電dian子zi組zu成cheng電dian子zi海hai洋yang。銅tong中zhong的de電dian子zi液ye體ti非fei常chang稠chou密mi，與yu銅tong裏li麵mian的de原yuan子zi一yi樣yang稠chou密mi（是指的數量上）。但在摻雜後的矽中，僅僅每10億個矽原子才有一個可以貢獻一個可以移動的帶電粒子。此時，矽晶體就像一個空曠的空間
，遊蕩者少量的 帶電粒子。在普通的矽中
，你(ni)可(ke)以(yi)隻(zhi)需(xu)要(yao)幾(ji)個(ge)伏(fu)特(te)電(dian)壓(ya)就(jiu)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)中(zhong)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)清(qing)除(chu)出(chu)晶(jing)體(ti)，而(er)在(zai)金(jin)屬(shu)中(zhong)則(ze)需(xu)要(yao)幾(ji)十(shi)億(yi)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)在(zai)能(neng)夠(gou)將(jiang)其(qi)中(zhong)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)的(de)電(dian)子(zi)全(quan)部(bu)驅(qu)離(li)出(chu)金(jin)屬(shu)晶(jing)體(ti)。所(suo)以(yi)，換(huan)個(ge)比(bi)喻(yu)方(fang)式(shi)：

  6. 在半導體中的帶電粒子就像一個可以壓縮的空氣，而金屬中的電子則像一個不可壓縮的液體。

ruguojiangwutizhongdeyidongdianheqingchu，zehuijianggaiwuticongdaotibianchengjueyuanti。ruguojiangguibandaotibiyuchengyigexiangjiaoshuiguan
，tajiushiyigechongmanzhekeyasuoqitideguandao，henrongyijiangqizhongdeqitijiyabingjiangqibianchengyigejueyuanti。ruguojiangtongxianbiyuchengxiangjiaoshuiguan，zeqizhongchongmanzhebukeyasuodetiexie，nikeyijiyatamendanwufajiangtamenjichu。danduiyuchongmanqitidexiangjiaoruanguan，keyibijiaorongyicongpangbianjiya，shiqitongdaoguanduan，zuzhiliudong。

好吧，下麵讓我們先看看通常情況下對於晶體三極管解釋方法。

當在晶體三極管的基極和發射極之間施加正電壓，便可以將一個NPN三san極ji管guan打da開kai。這zhe個ge外wai部bu施shi加jia的de電dian壓ya使shi得de基ji極ji中zhong的de電dian子zi流liu出chu
，並bing流liu向xiang電dian源yuan正zheng極ji。這zhe使shi得de基ji極ji中zhong出chu現xian更geng多duo的de空kong穴xue。空kong穴xue就jiu像xiang一yi些xie帶dai有you正zheng電dian荷he粒li子zi
，沿yan著zhe電dian子zi流liu動dong的de反fan方fang向xiang送song入ru基ji極ji。按an照zhao這zhe種zhong講jiang法fa
，基ji極ji的de引yin線xian仿fang佛fo就jiu像xiang在zai往wang基ji極ji注zhu入ru空kong穴xue，也ye就jiu是shi注zhu入ru帶dai電dian粒li子zi。

（注意，這裏提到的流動的帶電粒子
，不是指正電荷對應的常規電流）

圖4 對於NPN三極管施加B-E正向電壓

這就是通常情況下對於NPN三極管基極電流的解釋。為什麼這一點對於理解三極管工作十分重要呢？就是因為“實際情況不是這樣的！”。基極電流對於晶體管工作並不重要

，它隻是實際工作過程中的副產品。而真正其關鍵作用的是一層絕緣層，通常被稱為“耗盡層”dequyu。ruguozhuyilidoufangzaijijidianliushang，daduoshuzuozhedouhuizaitamendejieshizhongzourusihutong。weilebimianzhezhongjieju，womenxuyaozaiyikaishijiubikaijijidianliu
，ershizhuazhuqitabufenlaibangzhulijie。qingkanxiamiandeshiyitu：

圖5 三極管結構以及其中的可以動帶電粒子

在晶體管中的耗盡層存在於基極與發射極之間
，它是一個絕緣層。為什麼那裏存在絕緣層？這是因為基極是 p型摻雜半導體，其中充滿著自發產生的空穴
，當p型半導體與n型半導體接觸時，n型半導體中的電子落入空穴從而形成了耗盡層。

圖6 三極管中B-E之間的耗盡層

雖然在 pxingbandaotizhongyeyoudianzi
，jiuxiangsuanpanzhongpailiejinmidesuanpanzhu，kongxuexiangdangyuyipaisuanpanzhuzizhongjiandejiange。wangyigefangxiangbodongyigesuanpanzhu，kongxuejiuxiangfanfangxiangyidongyige。dangp型半導體與n型半導體相遇時，情況就不同了，n型半導體中獨自運動電子與空穴相互結合，不會產生新的空穴。空穴與電子相互蠶食，最終形成了缺少 移動電荷的絕緣層。

記住：導體並不是允許電荷通過的物體（上麵總結第3條）。實(shi)際(ji)上(shang)導(dao)體(ti)是(shi)充(chong)滿(man)著(zhe)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)電(dian)荷(he)的(de)物(wu)體(ti)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)可(ke)以(yi)自(zi)由(you)移(yi)動(dong)電(dian)荷(he)的(de)物(wu)體(ti)都(dou)是(shi)絕(jue)緣(yuan)體(ti)。所(suo)以(yi)在(zai)耗(hao)盡(jin)層(ceng)中(zhong)，所(suo)有(you)極(ji)性(xing)相(xiang)反(fan)電(dian)荷(he)相(xiang)互(hu)湮(yan)滅(mie)消(xiao)失(shi)，就(jiu)像(xiang)算(suan)盤(pan)中(zhong)所(suo)有(you)的(de)空(kong)擋(dang)都(dou)被(bei)算(suan)珠(zhu)填(tian)滿(man)，則(ze)不(bu)再(zai)有(you)算(suan)盤(pan)珠(zhu)可(ke)以(yi)移(yi)動(dong)了(le)。在(zai)矽(gui)晶(jing)體(ti)中(zhong)，所(suo)有(you)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)都(dou)不(bu)可(ke)以(yi)自(zi)由(you)移(yi)動(dong)因(yin)此(ci)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)絕(jue)緣(yuan)體(ti)。當(dang)沒(mei)有(you)電(dian)壓(ya)施(shi)加(jia)在(zai)這(zhe)個(ge)耗(hao)散(san)層(ceng)上(shang)，這(zhe)個(ge)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)就(jiu)會(hui)逐(zhu)步(bu)變(bian)厚(hou)，此(ci)時(shi)三(san)極(ji)管(guan)就(jiu)被(bei)關(guan)斷(duan)了(le)。

我喜歡將晶體管中矽晶體看成一個閃著銀光的導體（或者類似的金屬）
，但對於P-N結中的絕緣層，則想象成一個絕緣玻璃。所以，矽晶體就像一個可以變成玻璃的金屬。

圖7 在B-E之間的耗散層就像夾在導電矽中間的一層絕緣玻璃

每當在基極與發射極之間施加電壓時，這層絕緣層的厚度就會發生改變。當（+）極施加在p型（基極）半導體，（-）極施加在n型（發射極）半導體
，在n型半導體中的電子就會在電壓驅動下往p型半導體移動，此時絕緣層就會變薄，直到電子和空穴雲霧在絕緣層中相遇並結合。此時在基極-發射極之間就會建立起電流。這個電流對於的工作並不重要。關鍵是施加在基極-發射極的電壓引起B-E之間的絕緣層變薄
，使得發射極-基極之間的電荷可以流通。

此時三極管就像一個在B-E之間包含一個絕緣玻璃層，它的厚度可以由施加在B-E之間的電壓進行調節。B-E電壓增加，絕緣層變薄，反之變厚。這是因為施加的電壓驅動著在p型，n型xing中zhong的de移yi動dong電dian荷he做zuo相xiang向xiang運yun動dong，從cong而er改gai變bian它ta們men之zhi間jian絕jue緣yuan層ceng的de厚hou度du。當dang絕jue緣yuan層ceng薄bo的de一yi定ding程cheng度du，一yi些xie移yi動dong的de電dian荷he便bian可ke以yi跳tiao躍yue絕jue緣yuan層ceng而er移yi動dong到dao對dui應ying區qu域yu。所suo以yi可ke以yi將jiang這zhe個ge絕jue緣yuan層ceng看kan成cheng有you電dian壓ya控kong製zhi的de開kai關guan。當dang施shi加jia正zheng確que的de電dian壓ya時shi，開kai關guan閉bi合he。這zhe個ge開kai關guan是shi一yi個ge比bi例li開kai關guan
，流liu過guo的de電dian荷he多duo少shao與yu施shi加jia電dian壓ya之zhi間jian存cun在zai關guan係xi。

對於矽半導體，開始能夠有電荷通過時所需要的電壓大約為0.3V。當升到0.7V時，電流就會很高了。（這是對於矽半導體，對於其它半導體對應的電壓閾值會不同）。

電壓越高，絕緣層越薄，通過整個晶體管的電流越大。通過施加正確的電壓，我們可以控製晶體三極管在閉合

、打開或者部分閉合等狀態間轉換。

檢查一下我們得到了什麼結論？晶體三極管並不是由電流控製。相反它是由基極-發射極之間的電壓控製。

  7. P型，N型摻雜矽是導體

，因為其中包含可以移動的帶電粒子；

  8. 在P型
，N型摻雜矽相接觸時，在接觸麵上產生一個絕緣層；

  9. 通過施加電壓可以改變絕緣層的厚度；

圖8 通過在B-E之間施加電壓可以將絕緣層變薄

“什shen麼me是shi物wu理li？那na是shi對dui人ren們men已yi經jing習xi以yi為wei常chang的de事shi物wu產chan生sheng新xin的de深shen刻ke見jian解jie的de學xue科ke。除chu非fei你ni對dui於yu某mou一yi個ge事shi物wu有you兩liang到dao三san個ge獨du立li方fang法fa進jin行xing解jie釋shi，否fou則ze就jiu別bie認ren為wei自zi己ji已yi經jing對dui它ta了le解jie了le。”

好
，我們所知的一切包含錯誤，晶體三極管並不是一個“電流放大器件”。而是一個有基極電壓控製的元器件。

絕緣層的厚度變化改變著晶體管開關狀態。既然基極電壓是改變絕緣層厚度的因素，是否我們就可以不用管基極電流了呢？

qieman，womenxiangduijingtiguannayigudaidianliziliudongjinxingkaiguankongzhi？a，womenhaixuyaozailingwaizengjiayigedianluhuilu。zaixiamian

，womenjianglingyigedianchishijiazaizhenggejingtiguanshang
，lianjiezaifashejiyujidianji。zhelishiyongle9V的電池。

圖9 增加了集電極-發射極工作電壓源

所以，基極上施加的電池用來打開三極管的開關，讓9V的集電極電池驅動大量帶電粒子垂直通過整個三極管。

集ji電dian極ji矽gui是shi使shi用yong的de什shen麼me類lei型xing摻chan雜za？施shi加jia在zai集ji電dian極ji上shang的de電dian池chi電dian壓ya難nan道dao不bu會hui影ying響xiang基ji極ji所suo施shi加jia的de電dian壓ya嗎ma
？使shi用yong三san層ceng結jie構gou到dao底di是shi究jiu竟jing是shi為wei了le什shen麼me
？在zai集ji電dian極ji-基極之間的的第二個耗盡層難道不會將整個三極管關斷嗎
？你不是想形成集電極電流嗎？那就直接把集電極9V電壓連在基極上不就行了嗎？

所有的答案都蘊藏在最後的一個問題中。如果我們不要集電極那一層，而是將9Vjidianjidianyazhijielianjiezaijijishang。youyubandaotishiyigehenhaodedaoti，suoyizuizhongwomenzhishidedaoyigedanxiangdaotongdeerjiguan。lianggedianchizhijiancunzaidianyajiang，jijijiangtamenduanlulianjieqilai。

圖10 直接將集電極電壓源連接在基極上

所以
，集電極這一層是必須增加的
，但集電極也帶來了一些看起來更加奇怪的情形。

你會注意到
，施加在集電極上的電池（+）極是在集電極，但集電極卻是 n型半導體。這不是一個缺陷嗎
？這個電壓不就在集電極與基極接觸麵上形成了第二個完整的耗盡層？

對！既然使用了9V電壓，它驅使P型中的空穴遠離耗盡層，所以這層耗盡層很厚。相當於一個關斷的絕緣開關，嗯？它是.....

，不(bu)
，它(ta)不(bu)是(shi)。我(wo)個(ge)人(ren)認(ren)為(wei)這(zhe)是(shi)三(san)極(ji)管(guan)工(gong)作(zuo)機(ji)製(zhi)中(zhong)最(zui)令(ling)人(ren)感(gan)到(dao)奇(qi)怪(guai)的(de)部(bu)分(fen)了(le)。我(wo)花(hua)費(fei)了(le)很(hen)長(chang)時(shi)間(jian)，直(zhi)到(dao)我(wo)不(bu)再(zai)考(kao)慮(lv)它(ta)那(na)詭(gui)異(yi)之(zhi)處(chu)，對(dui)於(yu)其(qi)中(zhong)所(suo)發(fa)生(sheng)的(de)機(ji)理(li)頓(dun)感(gan)醍(ti)醐(hu)灌(guan)頂(ding)。

圖11 共射三極管工作狀態

首先
，這層新的耗散層阻擋了集電極電壓對於三極管其它部分的影響。如果增加9V電池電壓，基極-集電極之間絕緣層就會變得更厚，這使得下麵B-E之間的並不會感覺到集電極電壓的影響。

其次，在基極的上層

，靠近集電極部分耗盡層則會感受到集電極9V電dian壓ya的de影ying響xiang，但dan下xia麵mian電dian路lu就jiu不bu會hui受shou到dao影ying響xiang。就jiu像xiang我wo們men在zai電dian燈deng泡pao電dian路lu周zhou圍wei晃huang動dong一yi個ge充chong滿man電dian荷he氣qi球qiu在zai電dian燈deng電dian路lu周zhou圍wei晃huang動dong，對dui於yu電dian路lu本ben身shen沒mei有you任ren何he影ying響xiang。

然而！

由於基極電壓將在發射極上的絕緣層變薄，大量的 可ke移yi動dong電dian子zi會hui從cong發fa射she極ji湧yong入ru基ji極ji。實shi際ji上shang隻zhi有you少shao量liang電dian子zi會hui直zhi接jie進jin入ru基ji極ji，因yin為wei此ci時shi在zai基ji極ji發fa生sheng了le交jiao通tong擁yong堵du
，除chu非fei基ji極ji引yin線xian可ke以yi將jiang造zao成cheng交jiao通tong擁yong堵du電dian子zi吸xi出chu去qu。或huo者zhe在zai準zhun確que一yi些xie
，如ru果guo基ji極ji中zhong的de電dian子zi沒mei有you離li開kai
，並bing且qie也ye沒mei有you被bei空kong穴xue吞tun並bing
，任ren何he進jin入ru基ji極ji的de電dian子zi都dou會hui使shi得de基ji極ji變bian成cheng負fu極ji性xing
，從cong而er排pai斥chi更geng多duo的de電dian子zi從cong發fa射she極ji上shang升sheng到dao基ji極ji。你ni看kan
，這zhe是shi不bu是shi一yi個ge交jiao通tong擁yong堵du？

所以現在我們看到一股由少量電子形成的稀疏的電子雲發射極升騰而起，一些漂移到p型基極區域的上半部分。結果呢，這些電子雲感受到9V電池正向電壓的吸引。此時，上層的絕緣層不像是絕緣的玻璃
，而是絕緣的空氣層。隻有在沒有 移動帶電粒子存在時，它才絕緣，但它並不阻礙移動的帶電粒子。然而，如果沒有帶電粒子存在，電壓也不能夠產生電流。

另(ling)外(wai)，不(bu)要(yao)忘(wang)記(ji)在(zai)基(ji)極(ji)中(zhong)存(cun)在(zai)著(zhe)豐(feng)富(fu)的(de)帶(dai)電(dian)的(de)空(kong)穴(xue)，一(yi)旦(dan)它(ta)們(men)漂(piao)移(yi)到(dao)上(shang)麵(mian)耗(hao)散(san)層(ceng)都(dou)會(hui)被(bei)正(zheng)向(xiang)電(dian)壓(ya)排(pai)斥(chi)往(wang)下(xia)移(yi)動(dong)。從(cong)這(zhe)一(yi)點(dian)上(shang)來(lai)看(kan)，耗(hao)散(san)層(ceng)一(yi)個(ge)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)，它(ta)將(jiang)移(yi)動(dong)的(de)空(kong)穴(xue)往(wang)下(xia)排(pai)斥(chi)，移(yi)動(dong)的(de)電(dian)子(zi)往(wang)上(shang)吸(xi)引(yin)。如(ru)果(guo)你(ni)將(jiang)集(ji)電(dian)極(ji)
、基極都想象成導體，那麼它們之間的耗散層就好比真空區間
，裏麵產生了靜電場。

圖12 三極管內部帶電粒子工作細節

我們已經將集電極充電到+9V電(dian)壓(ya)。在(zai)耗(hao)盡(jin)層(ceng)出(chu)現(xian)的(de)空(kong)隙(xi)中(zhong)如(ru)果(guo)伸(shen)出(chu)一(yi)些(xie)脆(cui)米(mi)糕(gao)碎(sui)屑(xie)，如(ru)果(guo)它(ta)們(men)帶(dai)有(you)負(fu)電(dian)荷(he)，就(jiu)會(hui)被(bei)吸(xi)引(yin)往(wang)上(shang)運(yun)動(dong)。那(na)好(hao)
，在(zai)基(ji)極(ji)中(zhong)遊(you)蕩(dang)的(de)少(shao)量(liang)電(dian)子(zi)，這(zhe)些(xie)帶(dai)有(you)負(fu)電(dian)荷(he)粒(li)子(zi)一(yi)旦(dan)漂(piao)移(yi)到(dao)基(ji)極(ji)上(shang)層(ceng)，忽(hu)悠(you)一(yi)下(xia)就(jiu)會(hui)被(bei)吸(xi)引(yin)上(shang)去(qu)。被(bei)吸(xi)入(ru)的(de)電(dian)子(zi)就(jiu)會(hui)在(zai)剩(sheng)下(xia)的(de)電(dian)路(lu)中(zhong)流(liu)入(ru)地(di)線(xian)。這(zhe)隻(zhi)有(you)當(dang)電(dian)子(zi)運(yun)動(dong)到(dao)基(ji)極(ji)上(shang)層(ceng)時(shi)才(cai)會(hui)發(fa)生(sheng)。對(dui)於(yu)基(ji)極(ji)區(qu)域(yu)的(de)下(xia)麵(mian)，導(dao)電(dian)的(de)基(ji)極(ji)就(jiu)像(xiang)一(yi)個(ge)金(jin)屬(shu)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)對(dui)上(shang)麵(mian)電(dian)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)，下(xia)麵(mian)電(dian)子(zi)實(shi)際(ji)上(shang)感(gan)覺(jiao)不(bu)到(dao)來(lai)自(zi)集(ji)電(dian)極(ji)的(de)吸(xi)引(yin)電(dian)場(chang)。

yixiedianzichongdaojijishangmianlikaijiji，zhehuanjielejijidejiaotongyongdu。dangjijizhongzhexiewangshangyidongdianzixiaoshihou
，tamenbeijidianjilijifuhuo。xiamianjiuhuiyougengduodianziyongrujiji
，zhejiuhuishidegengduodianziwangshangchongqu，rucifanfu，xingchengdaliangwangshangyundongdianzi。

交通擁堵
，與基極-fashejizhijianhaosanbocengdefamenzuoyong，tamenxingchenglekongzhiliuguozhenggesanjiguanzhuyaodianliudejizhi。renhecongfashejitouguobodehaosancengyongrujijidedianzidoutongyangkeyipiaoyiguohenbodejijidaodashangbanquyu，zuizhongxingchengjidianjidianliude 一部分。基極電壓是控製薄耗盡層的厚度
，從而控製了湧入集電極電荷的數量。集電極的9V電(dian)壓(ya)提(ti)供(gong)了(le)對(dui)電(dian)子(zi)的(de)吸(xi)引(yin)力(li)，從(cong)而(er)驅(qu)動(dong)主(zhu)要(yao)縱(zong)向(xiang)流(liu)動(dong)的(de)電(dian)荷(he)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)改(gai)變(bian)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)壓(ya)，它(ta)並(bing)不(bu)能(neng)改(gai)變(bian)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)它(ta)隻(zhi)是(shi)吸(xi)引(yin)了(le)那(na)些(xie)由(you)基(ji)極(ji)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)的(de)電(dian)子(zi)，所(suo)以(yi)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)壓(ya)不(bu)能(neng)夠(gou)改(gai)變(bian)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)。這(zhe)就(jiu)是(shi)通(tong)常(chang)所(suo)說(shuo)的(de)壓(ya)控(kong)-恒流源。

注zhu意yi，基ji極ji需xu要yao做zuo的de相xiang當dang薄bo，這zhe一yi點dian很hen重zhong要yao
，這zhe樣yang可ke以yi使shi得de交jiao通tong擁yong堵du現xian象xiang變bian得de最zui大da化hua，也ye可ke以yi使shi得de那na些xie通tong過guo基ji極ji引yin線xian遊you離li出chu基ji極ji的de電dian荷he減jian少shao。我wo們men依yi靠kao電dian子zi自zi己ji在zai基ji極ji自zi行xing漂piao移yi的de自zi然ran能neng力li。在zai這zhe個ge過guo程cheng中zhong
，並bing沒mei有you外wai部bu電dian壓ya驅qu使shi他ta們men往wang上shang運yun動dong。基ji極ji電dian壓ya產chan生sheng的de吸xi引yin力li隻zhi是shi使shi得de漂piao移yi電dian子zi往wang基ji極ji引yin線xian端duan偏pian移yi一yi點dian點dian。集ji電dian極ji電dian池chi也ye無wu法fa對dui它ta們men漂piao移yi運yun動dong施shi加jia推tui動dong，隻zhi有you等deng到dao它ta們men到dao達da基ji極ji最zui上shang邊bian。

“如果你使得人們認為他們在思考
，他們會喜歡你。但當你使得他們真正在思考，他們將會憎恨你。△ Don Marquis”

哎ai呦you
，上shang麵mian講jiang的de的de確que夠gou多duo的de了le
，很hen難nan一yi下xia子zi消xiao化hua掉diao。如ru果guo它ta使shi得de你ni的de大da腦nao將jiang所suo有you拚pin圖tu連lian在zai一yi起qi時shi，不bu要yao感gan到dao驚jing訝ya。它ta花hua費fei了le我wo數shu年nian的de時shi間jian才cai明ming白bai這zhe一yi切qie。也ye隻zhi有you在zai我wo上shang了le兩liang個ge學xue期qi的de工gong科ke課ke程cheng
，專zhuan門men探tan討tao對dui這zhe整zheng個ge主zhu題ti進jin行xing描miao述shu  Ebers-Moll[7] 數學模型之後才明白。Ebers-Moll模(mo)型(xing)所(suo)給(gei)出(chu)的(de)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)的(de)觀(guan)點(dian)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)出(chu)現(xian)在(zai)教(jiao)課(ke)中(zhong)，但(dan)顯(xian)然(ran)還(hai)沒(mei)有(you)被(bei)廣(guang)泛(fan)的(de)理(li)解(jie)。一(yi)旦(dan)它(ta)們(men)被(bei)理(li)解(jie)

，人(ren)們(men)對(dui)於(yu)雙(shuang)極(ji)性(xing)三(san)極(ji)管(guan)是(shi)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)件(jian)並(bing)不(bu)感(gan)到(dao)煩(fan)惱(nao)
，集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)與(yu)B-E之間的電壓成比例關係。

至此，我們做些總結：

  10.  晶體管相當於一個可以部分開啟關閉的開關；

  11. 施加在集電極-發射極之間的電壓源是為了產生大量帶電粒子移動；

  12. 在集電極與基極之間存在著一個很厚的耗盡層
；

  13. 這個耗盡層像是一個絕緣的空氣間隙
；

  14. 任何隨機漂移過基極的電子都被集電極捕獲，在通過上層耗盡層過程中它們是被電壓驅動的。

  15. 基極電壓可以改變集電極電流，但集電極電壓隻有很小的影響
；

如ru果guo我wo們men加jia大da基ji極ji電dian壓ya，發fa射she極ji耗hao盡jin層ceng變bian薄bo，直zhi到dao完wan全quan打da開kai，非fei常chang大da量liang電dian子zi就jiu會hui造zao成cheng集ji電dian極ji電dian流liu狂kuang增zeng，此ci時shi三san極ji管guan就jiu有you可ke能neng在zai集ji電dian極ji電dian壓ya作zuo用yong下xia短duan路lu燒shao壞huai。所suo以yi讓rang它ta開kai關guan控kong製zhi其qi它ta的de器qi件jian，讓rang一yi個ge電dian燈deng泡pao串chuan聯lian在zai集ji電dian極ji回hui路lu中zhong。

圖13 使用三極管控製電燈泡的開關

最後，我們還是看一下在基極引線中流動的電流。盡管是B-E之間的電壓來控製三極管

，我們並沒有將基極電流完全忽略

，它還是有重要的作用。僅僅是巧合
，對！非常巧合，微弱的基極-發射極之間的電流與強大的集電極-發(fa)射(she)極(ji)之(zhi)間(jian)電(dian)流(liu)呈(cheng)現(xian)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)。所(suo)以(yi)，當(dang)我(wo)們(men)知(zhi)道(dao)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)時(shi)，隻(zhi)要(yao)乘(cheng)以(yi)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)因(yin)子(zi)，就(jiu)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)。外(wai)邊(bian)看(kan)起(qi)來(lai)
，三(san)極(ji)充(chong)當(dang)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)的(de)作(zuo)用(yong)。但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)它(ta)是(shi)通(tong)過(guo)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)來(lai)影(ying)響(xiang)大(da)的(de)電(dian)流(liu)。

基極電流與集電極電流成比例關係，並非真的是偶然

，它們都與基極-發射極電壓有關係

，這個電壓控製著基極-發射極耗散層的厚度。之所以集電極電流大，是因為絕大多數來自發射極的電子都被集電極吸引過去，而隻有少了的電子用來改變B-E之間的電壓，從而控製B-E耗盡層厚度，所以基極電流很小。

yigedifangdedianyakongzhilingwaiyigedifangdedaidianlizideliudong。zhegeshishiyejuedinglezhenggeqijiandemingming。bianhuadedianyagaibiandianliu，suoyiqijianxiangyigedianzu。danshikongzhidianliudedianyashizaibiedebutongdedianluhuilushang，suoyizhezhongdianyaduidianliuyingxiangdexiaoguoshicongjijihuiluzhuanyidao（Transferred）集電極回路。轉移電阻（Transfer Resistor = Transistor）。

  16. 基極電壓控製集電極電流
；

  17. 真的是純粹巧合
？從基極泄露出的電流與集電極電流成比例；

  18. 晶體管不是電流放大器件。但當我們將其假裝看成電流放大器件會簡化我們的電路分析過程。

嗯ng，關guan於yu晶jing體ti管guan工gong作zuo機ji理li的de這zhe個ge解jie釋shi是shi否fou像xiang懶lan婆po娘niang的de裹guo腳jiao布bu，又you臭chou又you長chang？如ru果guo想xiang使shi得de這zhe個ge理li解jie在zai大da眾zhong中zhong變bian得de容rong易yi，隻zhi有you所suo有you的de教jiao科ke書shu作zuo者zhe本ben身shen對dui晶jing體ti管guan工gong作zuo機ji理li有you著zhe良liang好hao的de理li解jie
，他ta們men不bu再zai向xiang人ren們men傳chuan輸shu三san極ji管guan是shi一yi個ge電dian流liu放fang大da器qi件jian才cai行xing。或huo許xu
，我wo掐qia掉diao我wo的de煙yan蒂di，創chuang建jian一yi些xie形xing象xiang的de動dong畫hua

，將jiang會hui使shi得de上shang麵mian的de描miao述shu更geng加jia靠kao近jin大da眾zhong。

參考資料

[1] WILLIAM J. BEATY:

http://amasci.com/me.html

[2] HOW DO TRANSISTORS WORK?  NO, HOW DO THEY REALLY WORK?:

http://amasci.com/amateur/transis.html

[3] 第二頁:

http://amasci.com/amateur/transis2.html

[4] Ebers-Moll:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/trans2.html#c2

[5] R. Feynman:

http://amasci.com/feynman.html

[6] 電流並不流動:

http://amasci.com/miscon/whyhard1.html#cur

[7] Ebers-Moll:

http://www.google.com/search?q=transistor+ebers-moll

來源：TsinghuaJoking

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