我们知道PN结半导体具有单相导电的性能，但是由PN结构成的各种二极管（Diode）器件的单相导电性是没办法进行主动控制的，因此这类器件也称为 被动器件 。与其对应的是能够被主动控制通断的器件，这类器件也可以称为 主动器件 。这种主动器件一般我们统称为晶体管（Tansistor），晶体管可以分为以下三类：流控器件BJTs，压控器件FETs，混合结构IGBTs。

图1 晶体管的分类（来源：TOSHIBA Semiconductor）

本文主要分析BJT（Bipolar Junction Transistors），也就是我们俗称的“三级管”器件的基本工作原理和主要参数。

1、NPN和PNP

我们刚刚接触三极管器件，肯定会有人告诉你三极管有两种： NPN和PNP ，那么我们就从这里讲起。如下图1.1所示，左边为NPN三极管结构，右边为PNP三极管结构。通过在NPN三极管基极（Base）加上一个 正电流 ，就能控制三极管导通形成导通电流Ic；通过在NPN三极管基极（Base）加上一个 负电流 ，就能控制三极管导通形成导通电流-Ic。利用这个性质，作为开关管的三极管，NPN常用在低边驱动，PNP常用在高边驱动。感兴趣，关注我，我们后续再对三极管的应用电路进行探讨。

从结构图上看，三极管的结构很简单：N-P-N堆叠和P-N-P堆叠。那么，是不是可以将三极管，看作是两个“背靠背”或者“面对面”的二极管呢？有不少教材或者文章是告诉你可以这样看！但是我是 不推荐的 ，这样看是没办法看到三极管背后运行的机理的，反而很容易误入歧途！

图1.1 NPN 和 PNP结构

2、BJT的工作机理

在进行三极管工作机理分析之前，我们先看下图2.1，从图中我们可以看出三极管并 不是简单的“二极管拼接” 。其结构和载流子掺杂是经过有意的设计的，主要的特点为： 发射极掺杂浓度高，基区薄，集电极面积大 。基于这样的结构，一场“当空接龙”就这么开始了。

Base-Emitter 加上正向电压，使得发射结正偏，耗尽层（发射结）变薄，发射区的载流子（电子） 扩散能力增强 ，大量的电子进入基区
基区的特点是很薄，能提供的空穴数量非常少，电子进入基区后，很少一部分电子和空穴进行复合，形成复合电流Ib
大量的电子堆积在基区，很容易进入到集电结的内电场范围内，一旦电子进入集电结的内电场，电子就会在电场的作用下漂移到集电结
到达集电结的电子拥有足够大的空间（低掺杂，大面积）进行自由移动，很难再回头穿过内电场扩散到基区，因此绝大部分的发射极电子穿过基区进入集电极

稍微总结下：发射极电流Ie主要为 扩散电流 ，基极电流Ib为 复合电流 ，集电极电流Ic为 漂移电流 。并且根据KCL可以得到Ie=Ib+Ic。

我们在分析半导体器件的过程中，一定要牢牢把握各部分载流子状态是“漂移”还是“扩散”。这是我们分析半导体器件特性的基础。

图2.1 NPN 结构和载流子分布

3、从放大到饱和

在应用电路中，三极管最常见的是作为“开关”进行使用，但是我们课本往往都是从如何使用三极管进行信号放大开始讲起的。这里不赘述课本上关于放大电路应用的分析，仅仅从机理层面看看三极管的工作状态是怎么变化的？

谈到三极管的放大作用，那么肯定很熟悉一个前提： “发射结正偏，集电结反偏” 。前半句很好理解，发射结正偏了，发射极才能向基区发射多数载流子，这是驱动三极管导通的激励源（Source）。那我们思考一下，如果集电结“零偏或者正偏”，会发生什么情况呢？如图3.1，将三极管的BE 短路，那么三极管等效于一个二极管，输出的电流将受到外部电路条件的影响， 基极电压将失去对三极管的控制 。

图3.1 三极管集电结“零偏”

以NPN为例，想象一下，如果我们保持三极管的C极开路，那么Ic电流必然等于0。大量的电子堆积在基区，无法进入集电极，从而无法形成集电极电流。

我们再回到“发射结正偏，集电结反偏”的状态， 此时聚集在基区的电子将在反偏电场的作用下全部漂移到集电极 。如果此时，不断增加Ib电流，更多的电子往基区迁移，集电结的空间电荷区不断被压缩，直到达到Ic的上限（受外部电路限制），基区进入 “饱和状态” 。需要注意的是，此时电流由集电极向基极导通，等效的二极管应该是反极性的，这也是我为什么不推荐用二极管模型分析三极管问题的原因之一。

由于集电结和发射结掺杂浓度的不同，电流形成的机理也不一样，所以PN结的管压降也不一样。如图3.2所示，SS8050三极管的饱和特性参数，Vcesat=Vcbsat+Vbesat，可以看出Vce的饱和电压要比Vbe的饱和电压低不少，所以 Vcb的电压应该为负 ！换句话说，集电结是一个反向导通的二极管，但是拥有正向的管压降！