學習電子學/半導體
當我們單獨使用P型和N型半導體時，它們在兩個方向上的導電能力都一樣，就像電阻一樣，表現出線性導電特性。這種行為被稱為“歐姆行為”。
半導體是一種既不是導體也不是絕緣體的材料——它介於兩者之間。這聽起來像個電阻，事實上，用半導體材料製造電阻是可能的。然而，在電子學中，半導體有一個更具體的含義。
如果我們取一塊純材料的晶體，比如矽，我們會發現每個矽原子有四個鍵（這被稱為原子的價鍵），每個鍵將它連線到另一個矽原子。這種鍵合形成了晶格，並佔據了矽原子中的所有電子。因為沒有自由電子，這種材料不能透過電流，是一種絕緣體。
如果我們小心地向材料中新增額外的元素，情況就會發生變化。如果我們新增一個價鍵為五而不是四的原子，我們會發現，無論在何處發現引入元素的原子，它的四個鍵都會連線到附近的矽原子，但第五個鍵將是未連線的，留下一個可用的自由電子，它將攜帶電流。這種材料被稱為摻雜了施主材料，但由於只添加了少量的施主材料，自由電子的數量非常少，因此它將導電，但導電性很差。
如果我們用價鍵為五的材料摻雜矽，就會在晶體中產生額外的自由電子。這些電子以正常方式攜帶電荷，被稱為多數載流子。以這種方式摻雜的材料被稱為N型或“負型”半導體（因為電荷是由電子攜帶的，這種電荷實際上相對於常規電流是負的）。
我們也可以用價鍵只有三個而不是四個的施主摻雜矽。這也產生了半導體材料，因為鍵合的短缺在晶格中留下了空穴。這些空穴是電子的缺失，但它們仍然攜帶電荷，相當於電子的電荷，但符號相反。這些被稱為少數載流子。空穴以與正常電流相反的方向攜帶電荷，因為它們的電荷符號相反。事實上，發生的事情是電流像往常一樣由電子攜帶，但無論何時電子遇到空穴，它都會落入空穴，在它後面開啟一個新的空穴。因此，雖然電流仍然是由電子引起的，但它看起來像是空穴以相反的方向遷移。這與正電荷以相反方向移動完全相同。
P型和N型材料本身並沒有什麼有趣，但當用兩種材料形成三明治時，就會出現非凡的特性。這種三明治被稱為結，是所有型別半導體器件的基礎。
二極體允許電流單向流動，而不是雙向流動。重要的是要記住，當檢視電路圖時，傳統電流沿箭頭方向流動（從正極到負極）。“二極體”這個詞的意思是雙端。
二極體是由一塊N型半導體與一塊P型半導體粘合在一起形成的。這種雙層器件由一個P-N結組成，是最簡單的半導體器件。當電流流過器件時，它被稱為正向偏置，並且具有相當低的電阻。如果二極體上的電壓反向，二極體就被稱為反向偏置，通常沒有電流流過；但也可以參見齊納二極體。
它的工作原理如下。當反向偏置時，N型材料中的自由電子由於是負的，會受到施加到二極體上的正電位的吸引。在另一側，帶正電的空穴會被負極吸引。載流子（空穴和電子）被拉離結區，使其變得貧乏，沒有任何載流子。這形成了一個耗盡層，它是一種絕緣體，因此電流不能流過器件，除了齊納二極體。
當二極體上的電位差反向時，會發生相反的情況——載流子從端子被推向結，直到到達相反型別的材料。在這裡，電子能夠“落入”空穴，完成電路並允許電流流動。
二極體也用於將交流電轉化為直流電。它們被稱為整流器。
齊納二極體用作電壓源。
發光二極體或LED是一種與任何典型的二極體一樣，由兩層半導體器件組成，但它使用奇特的材料進行摻雜，以賦予它發光特性。當反向偏置時，LED 會像任何二極體一樣阻擋電流，但當正向偏置時，每當電子落入空穴時，它都會釋放出其能量作為一些光子，我們將其視為可見光。
釋放的能量精確量決定了 LED 的顏色，而這反過來又由所用摻雜材料的精確比例和型別控制。低能量光子被視為紅光，而高能量光子則給我們橙色、綠色和藍色。白光 LED 是透過同時產生各種顏色來製造的。
大多數 LED 需要有仔細限制的電流，因為如果電流過大，它們很容易燒壞。因此，需要一個串聯電阻來確保電流不能過高。只要電流保持在 LED 的設計極限內，它們就非常堅固，使用壽命非常長——遠大於普通燈泡。
一個簡單的實驗
取一個 LED 和適當的電阻以及電池，使其工作，只需簡單地將二極體的兩個連線切換到電阻和電池上。如果操作正確，它應該在一個方向上發光，而在另一個方向上不發光。
[1]維基百科定義
電晶體是一種具有三個端子的半導體器件。有許多型別的電晶體，但總的來說，它們都執行相同的任務——它們在另一個通常小得多的電流或電壓的影響下控制電流。最基本的電晶體型別是場效應電晶體（FET），由於它們是大多數型別積體電路中使用的，因此它們也是最常見的。
FET 由一根摻雜的半導體材料（例如 N 型）組成，該材料被金屬板包圍。金屬板與半導體絕緣，此處沒有 P-N 結。金屬板連線到器件的控制端或柵極。杆的兩個端點（稱為溝道）連線到源極和漏極。電路的佈置方式使得電流從源極流過器件到漏極。由於材料是半導體的，即使柵極端子未連線，也會有電流流過。
如果我們連線柵極，以便我們可以改變它上的電壓，金屬板就可以積累電荷，就像電容器一樣。這些板上的電荷可以吸引或排斥溝道中的載流子。如果載流子被排斥到柵極之外，溝道的電阻會增加，因為在排斥區域，更少的載流子可以透過。透過改變柵極的設計，它會吸引載流子，使更多載流子可用以攜帶電流，從而增加電流。因此，透過改變柵極上的電壓，可以隨意改變溝道的電阻或電導。
當電流在電壓的影響下發生變化時，這被稱為跨導。“電晶體”這個詞最初是指“跨導電阻”。
我們剛剛描述的 FET 型別有時被稱為“絕緣柵極”FET 或IGFET。它是最簡單的型別。還有一些其他的，例如金氧半導體 FET（MOSFET）或結型 FET 或JFET，但它們都以類似的原理執行。
歷史上，FET並非第一種被髮明的電晶體，儘管如上所述的FET的工作方式與更古老的熱電子管或真空管非常相似。當電晶體首次被髮明時，製造的型別被稱為雙極結型電晶體。這通常是“電晶體”一詞未加限定時所指的型別。然而，結型電晶體比FET更復雜，這就是我們首先解釋FET的原因。
- 另見半導體
雙極結型電晶體或BJT由三層半導體材料的夾層構成，排列為N-P-N或P-N-P。中間部分通常比另外兩個部分窄得多，並連線到稱為基極的端子。外側區域連線到稱為集電極和發射極的端子。
乍一看，BJT看起來有點像兩個背靠背放置的二極體，事實上，如果使用萬用表測試BJT，在測試基極和另外兩個端子之間的連線時，它可以被視為一個二極體。然而，由於兩個結的物理距離非常近，其物理行為與兩個背靠背的二極體並不相同。為了理解BJT的工作原理，這一點非常重要。
在電路中，電流從集電極流向發射極，穿過器件。如果基極端子未連線，實際上不會有電流流過，因為至少有一個內部結處於反向偏置狀態，因此就像二極體一樣，載流子被排斥遠離結連線，形成絕緣耗盡層。與二極體不同，這種耗盡層不會因反轉器件兩端的電壓而改變，而是透過基極端子注入額外的載流子而改變。
如果安排一小部分電流流入基極端子，它會向耗盡層新增載流子，使其變窄。這降低了其電阻，並允許更多電流從集電極流過結到達發射極。這種電流可以比流入基極的電流大得多，但與其成正比，因此基極電流充當集電極-發射極電流的控制因素。
基極電流與集電極電流之間的比例稱為器件的增益（也稱為其β），可以是100倍甚至更高。因此，從某種意義上說，電晶體放大了訊號 - 較大的電流變化與較小的基極電流變化同步。然而，這種關係並非線性 - 整體上它遵循平方律 - 集電極電流的變化與基極電流的平方成正比。然而，在有限範圍內，輸出或多或少是線性的，通常為了放大目的，電晶體在這個曲線的範圍內工作。它的曲線特性是放大音樂或其他小訊號時產生失真的原因。