三极管, MOS管导通/不导通原理分析

下图所示为NPN三极管基本结构。

NPN三极管未连接任何电源，会形成2个PN结，分别为PNEB和PNCB。当E端（发射极）,C端（集电极）连接电源，E接负极，C接正极，但B、E之间不连接电源，会发生什么情况？

E，C之间的电压Uec只要满足Uec(外)电场 > PNEB内电场，E区电子便会向C区移动，但由于PNCB内电场会阻止来自E区的电子向 C区移动，这些电子会首先被P区空穴吸引，P区(也就是B区)内电场增强，P区由于缺少自由电子而呈现高阻态。继续增大Uec, 更多来自E区的电子进入B区空穴，B区内电场继续增强，直到B区中所有空穴都被填充，B区内电场达到最大值，在这个过程中，“单位时间内，进入空穴中的电子数量 > 离开空穴中的电子数量”，宏观上看，B区由于缺少自由电子而不导通，这属于正常情况。

如果继续增强Uec, 更多来自E区的电子进入B区，会将B区空穴中的电子“撞离”，B区中出现自由电子，满足“单位时间内，进入在空穴中的电子数量 < 离开空穴中的电子数量”，宏观上看，B区中出现只有电子而令三极管导通，不过这种情况属于非正常情况，暂不考虑。

正常情况下，在E, B之间添加电源Ueb, B接正极，E接负极，很显然，B,E相当于一个正向偏置(正接电源)的二极管，只要Ueb电场 > PNEB内电场，在Ueb电场力作用下，会有足够多的E区电子进入B区，将B区空穴中的电子“撞离”空穴，而且能满足“单位时间内，进入在空穴中的电子数量 < 离开空穴中的电子数量”，宏观上看，B区出现自由电子，部分自由电子会进入Ueb电源正极，EB导通，这部分电子离开空穴，B区的阻抗也下降了。此时，虽然E, C尚未导通，但E,C之间仍然存在Uec电场，在该电场作用下，另一部分B区的自由电子会继续撞击B区空穴中的电子，而且此时B区的阻抗也下降了(内电场力减小)，只要能够满足“单位时间内，进入在空穴中的电子数量 < 离开空穴中的电子数量”的条件，B、C也能导通，也就是三极管导通。

实际上，Uec电场增加了B区中的自由电子数量，降低了B区内电场强度，在相同的Uec电压下，E区的自由电子能够通过B区进入C区，从而三极管导通。Ueb越大，单位时间内从E区进入B区的自由电子数量越多，就能够将更多B区空穴中电子“撞离”空穴，B区内电场强度减小，阻抗减小，E,C之间的电流增大（因为单位时间内通过B区的电子数量更多）。

当E, B, C都连接电源，E, B之间相当于电源正接二极管（正向偏置），而B,C之间相当于反接二极管（反向偏置），所以B, C之间不会导通，只有B, E之间会导通。如果继续增强Ueb, 直到所有B区空穴中的电子都离开空穴，B区内电场降低到最小，其阻抗也最小，产生的电压降也最小，此时称为三极管饱和压降。

如果继续增强B端电压，满足Ub > Uc，相当于BC二极管正向偏置（正接电源），若Ubc > PNCB，那么将会产生B–>E, B–>C两路电流。

下面分析一下MOS管导通/不导通原理。下图是P沟道MOS管的基本结构。

可以发现，MOS管相当于SG, GD之间放置了2个二极管，不连接任何电源时，S区（N区），G区（P区）之间会形成一个PN结，简称PNSG。

当S,D接上电源（S接负极，D接正极），SG之间不接电源，此时会发生什么事情？

只要Usg电压 > PNSG内电场电压，S区中的电子在电场力作用下向D区移动，但电子在移动的过程中会首先被G区中空穴吸引（电压不会影响电子蕴含的动能，只会影响电子数量），虽然部分空穴中的电子会被“撞离”空穴，但同样会有更多的电子进入空穴，这是因为G区（P区）面积够大，导致“导致单位时间内，进入空穴中的电子数量 > 离开空穴的电子数量”，导致G区缺少自由电子而呈现高阻态，而进入G区空穴中的电子数量越多，G区内电场力越大，需要在S区施加更大的电压，S区的电子才会向想G区移动(直到超过MOS管额定电压，SD才会导通，但这属于非正常情况)，所以正常情况下SD不会导通。

当G极接上电源正极，G区基板B与G之间会出现电场，在电场力作用下，基板处的自由电子（这部分区域不再是包含空穴的P区，而是富含自由电子的区域），在电场力作用下向G极移动，当然，会有一部分电子被G区空穴吸引，但同样会有更多G区空穴中的电子被“撞离”空穴而成为自由电子, 达成了“单位时间内，离开空穴中的自由电子数量 > 进入空穴中电子数量”的条件，宏观上看，G区总是存在自由电子。这些向G极移动的自由电子会在Usd电场力作用下向D区移动，部分自由电子会进入空穴，但由于此时自由电子数量够多，会将更多空穴中的电子“撞离”空穴转变为自由电子，能够达成“单位时间内，离开空穴中的自由电子数量 > 进入空穴中电子数量”的条件，宏观上看，S, D之间总是存在自由电子，G区呈现低阻态，直到这些自由电子到达D区，S,D导通。

而且随着Ugb逐渐增大，单位时间内会有更多的自由电子向G极移动，将更多空穴中电子撞离空穴，S,D之间出现更多的自由电子，宏观上看，S,D之间的电阻更小，电流增大，所以，GB之间的电压能够控制S,D之间的电流大小。