继电器|三极管开关原理其实特别简单半导体|约翰·巴丁

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三极管是一个非常神奇的东西，可以说没有三极管就不会有以电子产品为代表的现代化社会，不会有电脑、不会有手机、也不会移动支付等等。那会是一个怎样的世界，或许就像《雇佣人生》里演绎的一样，所有的东西都是靠人来运作。

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。
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。

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。
【继电器|三极管开关原理其实特别简单】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。

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。

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。

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。

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。