晶體管的工作原理
晶體管，本名：半導體三極管（三極分別爲發射極、基極和集電極；其中，發射極的電流最大，基極的電流最小，發射極的電流等於基極與集電極的電流之和）。對於晶體管，我們其實並不陌生，放大器就是晶體管的一個基礎應用。
要想理解晶體管的工作原理，就必須先要理解二極管的工作原理。二極管由半導體材料製作而成，下面就以半導體材料硅爲例來對此做介紹。硅的價電子層有四個電子（原子由原子核和核外電子組成，原子核由質子和中子構成，質子帶正電，中子不帶電，核外電子帶負電，核外電子所帶的負電量與質子所帶的正電量相等，因此原子不帶電）。每個硅原子都與其他四個相鄰的硅原子相鄰連接，每個電子都與周圍的硅原子共享，這就被稱爲共價鍵（兩個原子之間有一個共價鍵）。如果純硅導電，電子會吸收一些能量從而變成自由態。雖然純硅的導電率很低，但是有一種技術叫DOPING（在此我們可以理解爲摻雜質），我們可以通過摻雜質的方法來提高硅的導電率。比如你注入價電子爲5的磷，那麼就會多出一個電子，這個電子會在系統裏自由移動，這被稱爲N型DOPING。但是，如果你注入價電子層爲3的硼，那麼就會有一個放電子的空位，這個空位我們稱之爲空穴，與之相鄰的電子隨時可以把它填上，這種電子運動我們看作空穴對位運動，這被稱爲P型DOPING。因此，如果你以DOPING 的方式向半導體中注入雜質，那麼一個晶體管就誕生了。
但是你如果真的想明白晶體管是怎樣運作的，就必須要搞清楚元器層面上發生了什麼，比如二極管，把硅晶體的一邊DOPING成P型，另一邊DOPING成N型，那麼一個二極管就形成了。在N部分與P部分的交界線處，有趣的事情發生了——那裏聚集了大量的電子，將會在一個自然的驅使下遷移至P型的空穴裏。這會讓P部分的邊界輕微地帶負電，N部分的空穴輕微地帶正電（物體得到電子會帶負電，失去電子會帶正電）。這將會導致電場阻止任何一個電子遷移，如果在此時給二極管接上電源（正極與DOPING成的P型相接，負極與DOPING成的N型相接），電源會吸引電子與空穴（即會吸引P型邊界的空穴，又會吸引N型邊界的電子），在這種情況下是不可能會有電流的（電荷的定向移動纔會產生電流，所謂電荷，就是指帶正負電的基本粒子，其中帶正電的粒子叫正電荷，帶負電的粒子叫負電荷。粒子並非一個具體的物質，它是一種模型概念，是質子，中子和核外電子的統稱）。然而，你若反轉電源，情況就會截然不同，假設電源有足夠的電壓克服電位障礙（電位，也稱電勢，沒有大小也沒有方向，是一個標量，所謂標量就是指相對意義的量，比如說我們以海平面0米爲標量，那麼珠穆朗瑪峯就是8844米，死海就是-415米。物理學中是這樣定義電位的——單位正電荷由電場中某點A移到參考點O時電場力做的功與其所帶電量的比值）。電子會立馬被負極推動，電子通過電位障的時候他們會耗盡能量並輕易佔盡P部分的空穴，再由於正極的吸引，這些電子可以馬上跳進臨近P部分的空穴裏，並流動到外部電路，這被稱爲二極管的正向偏壓。
認真記住二極管的工作原理，你就可以明白半導體三極管的運作。三極管是被DOPING成三部分的半導體。半導體三極管按結構分有兩類——NPN型和PNP型。接下來我們以NPN型做介紹，由於半導體三極管內摻入的雜質不同——兩邊DOPING成P型，中間少部分被DOPING 成N型，並且N型的程度很低。如果將半導體三極管平均切成兩半，就可以把這個半導體三極管看作爲兩個背靠背的二極管夾層。我們將這三部分分別設爲N１，P，N２。此時如果我們給這個半導體三極管接通電源（正極與N１相連，負極與N２相連／或者正極與N２相連，負極與N１相連），你會發現不管怎樣接通電源，一邊的二極管總會反向偏壓從而阻塞電流，這表明晶體管處於關閉狀態。但是如果你在此時接通第二個電源（N１與P相連，其中正極與P相連，負極與N１相連），該電源應該有足夠的電壓克服電位障礙，此時N１與P便構成一個正向偏壓二極管，因此大量的電子會從N１部分發射出來，就像在一個二極管中一些電子會與空穴結合，跳過鄰近的空穴並流向基極（此時N１爲發射極，P爲基極，N２爲集電極）。但是由於P層ＤＯＰＩＮＧ的程度較低，所以只有少量的電子會流向在N１與P相連的電路上流動，而其中大量的電子會經過N部分流向P２，再經過第一個電源流向P１，如此循環下去（此時第一個電源連接的情況是正極與P２相連，負極與P１相連）。因爲P層很狹窄，這能夠保證沒有集中的電子流向第二個電源的正極，瞬間一個小的基極電流被放大到一個集電極電流，如果你提升基極電流，那麼集電極電流也會按比例升高。
晶體管工作的基礎是第一個晶體管的發射極與第二個晶體管的基極相連接，第二個晶體管的發射極與第三個晶體管的基極相連接，以此類推，因此晶體管的數量越多，被放大的信號也就越強。使用兩個ＮＰＮ型的半導體三極管就可以構建寄存器的基本動態元件觸發器了。