三极管开关特性非常像继电器,它可以通过低压来控制高压电路,实现自动开关作用。当继电器电路导通之后继电器的线圈就会产生磁场,磁场会吸附衔铁从而让高压电路区域的触点相互接通,此时高压电路开始工作。当继电器电路断开之后继电器的线圈磁场就会消失,衔铁弹回之后高压电路区域的触点就会断开,高压电路也就断开不工作了。
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三极管也是通过这种四两拨千斤的方法来实现开关的,三极管可以通过小的交流输入控制大的静态直流。三极管很像拥有两个闸门的大坝,正常情况下想要打开大的闸门很难,于是就先打开小的闸门,通过小闸门的涓流来冲击大闸门的开关,大闸门打开之后波涛汹涌的滚滚洪流就立马如脱缰野马开始流动。
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如果不停地改变小闸门开启的大小,那么大闸门的流量也会随之按比例改变,于是完美控制的开关就完成了。三极管通常工作在以下四个状态下:
  • 截止状态:在截止状态下,小闸门开启的不够以至于没有办法打开大的闸门。
  • 饱和状态:在这个状态下,小闸门最大限度地被打开了,这时大闸门放出来的流量也达到了极限。
  • 线性状态:在这个状态下,小闸门可以控制调节大闸门的状态。
  • 击穿状态:大闸门被过高的水位击穿了,大闸门开始漏了,如果小闸门开启的话,大闸门就更加容易被击穿。
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相较而言三极管不光有快速开关的作用,还可以精准控制电流,这是继电器没有办法比拟的,继电器从线圈导通产生磁场,再吸附衔铁会花费相当长的时间。既然有线圈和铁芯等结构,继电器就注定难以做到纳米级别。
三极管是由半导体制成
半导体是指在常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的一种材料,半导体会随着温度、电压、电流、光线强弱等等外界环境影响而导电性发生改变。于是只要对半导体投其所好就能对它进行控制。
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每个半导体的三极管都拥有2个PN结,所以也叫做双极结晶体管,PN结有一个特点就是单向导电性,当PN结施加正向电压时有较大的正向扩散电流,呈现低电阻,如果施加反向电压则会呈现高电阻,PN就会截止,这些都源于N区自由电子浓度大,而P区空穴较多。
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三极管是一种电流控制元器件,基极通常是窄小的结构,通过载流子的扩散和复合实现基极电流对集电极电流的控制。
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总结
半导体、三极管确实是非常伟大的发明,有很多人因此而获得了诺贝尔奖,比如约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿、威廉·肖克利等等,约翰·巴丁更是两次在同一领域获得两次诺贝尔物理学奖,一个是因为晶体管及其相关效应,另一个则是超导BCS理论。

过去谁曾想到如今方寸之间的芯片到现如今已经达到了百亿级别,工艺制程更是快接近极限纳米级别,而这些都跟半导体、三极管有关。