三极管（双极型晶体管，BJT）是电子电路中最基本的有源器件之一。它不仅能作为开关使用，还广泛用于放大信号。要理解三极管的导电原理，需要从半导体的PN结、载流子注入与扩散、以及工作区（放大区、饱和区、截止区）入手。

一、结构与基本概念

结构：NPN三极管由三层半导体构成——发射极（Emitter，N型）、基极（Base，P型，且很薄并且掺杂很轻）、集电极（Collector，N型）。三个电极对应三个引脚：E、B、C。

载流子：在NPN中主要载流子是电子（多数载流子由发射极提供），少数载流子是空穴（基极中的多数载流子）。

PN结：发射结（E-B）和集电结（B-C）分别是PN结，二者的偏置状态决定工作区。

二、导电的核心机制：注入—扩散—收集

发射结正向偏置（V_BE ≈ 0.6~0.7V，硅管）

当基极相对发射极为正（NPN），发射结被正向偏置。发射极的多数载流子（电子）克服势垒，大量注入到基区。

基区很薄且掺杂很轻，这些注入的电子成为基区的少数载流子，它们在基区以扩散为主的方式向外运动。

基区中的扩散与少量复合

注入的电子在基区会有一部分与基区的空穴复合，但由于基区设计为很薄且掺杂少，复合损失较小。

大多数电子通过扩散到达基—集电结附近。

集电结反向偏置—电场收集

在放大工作点（正向放大区），基—集电结被反向偏置。该结处有强电场，这个电场会把到达结区的电子“扫”进集电极，从而形成集电电流。

结果是：通过发射极注入的电子，绝大多数经基区并被集电极收集，形成从发射极到集电极的主要电流；而基极只需要很小的电流来补偿基区复合的空穴，从而实现电流放大。

三、可用的宏观模型与重要参数

电流放大倍数（β）：β = I_C / I_B，通常为几十到几百。它反映了基极电流与集电极电流的放大关系。

发射效率与传输因子：发射效率（γ）表示注入电子中来自发射极的比例，传输因子（α_T）表示注入电子中未复合被集电收集的比例；总体的共基电流放大系数 α ≈ γ·α_T，且 α ≈ 0.98~0.999。β 与 α 的关系为 β = α/(1−α)。

指数关系（近似）：在放大区，Ic ≈ I_S · exp(V_BE / V_T)，其中 I_S 为反向饱和电流，V_T 为热电压（室温约 25 mV）。这显示了V_BE对Ic的敏感度。

四、工作区简介

截止区：E-B 与 B-C 都反向偏置，发射注入很少，电流近似为零（仅有微小泄漏）。

放大（正向主动）区：E-B 正向偏置，B-C 反向偏置，放大作用明显，集电电流受基极电流控制。

饱和区：E-B 与 B-C 都正向偏置，基区积累大量载流子，集电极无法完全“收集”所有注入电子，器件处于饱和，电压降低但放大能力大幅下降（适合开关“导通”）。

五、能带与物理视角（简述）

从能带图看，发射结正向偏置降低了势垒，使电子从发射区注入到基区；基区到集电区的结反向偏置在结区形成下降的能带，使电子被“拉入”集电极。导电过程既包含扩散（浓度梯度驱动）也包含漂移（电场驱动），两者共同完成电荷输运。

六、常见影响因素与设计考量

基区越薄、掺杂越轻，复合越少，β 越大，但太薄会影响制造良率与耐压。

发射极掺杂高可以提高注入效率，但也影响结电容和频率特性。

温度升高会使 I_S 增大，导致 Ic 随温度剧增，需要热稳定性设计。

三极管的导电本质是通过发射极向基区注入多数载流子，这些载流子在基区扩散并被位于基—集电结处的电场扫入集电极，从而用较小的基极电流控制较大的集电流，形成电流放大。

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