如果我们看一个金属导体原子的基本模型，我们的核心是原子核，它被许多轨道壳层包围着，这些壳层容纳着电子。每一个壳层含有最多数量的电子，一个电子需要有一定数量的能量才能被每个壳层接受。离原子核最远的电子拥有最多的能量。最外层的壳层叫做帷幔壳层，导体的帷幔壳层中有1到3个电子。电子被原子核固定在适当的位置上，但还有另一层被称为导带的壳层。如果一个电子能到达这个位置，那么它就可以从原子中挣脱出来，移动到其他原子上。对于铜这样的金属原子，帷幔壳层和导带重叠，所以电子很容易移动。

用绝缘体，最外层的外壳被包装起来。几乎没有，甚至没有空间让电子加入。原子核紧紧地抓住了电子，而且导带离我们很远，所以电子无法到达这个位置逃逸。因此，电不能流过这种材料。

然而，还有另一种材料叫做半导体。硅是半导体的一个例子。对于这种材料，帷幔壳层中的电子太多，它不能作为导体，所以它起到了绝缘体的作用。但是，由于导带很近，如果我们提供一些外部能量，一些电子将获得足够的能量，使其跃入导带并变得自由。因此，这种材料既可以作为绝缘体又可以作为导体。

纯硅几乎没有自由电子，所以工程师们要做的就是在硅中掺杂少量的另一种材料，从而改变硅的电学性质。我们称之为P型和N型掺杂。我们把这些材料结合起来形成P-N结。我们可以把它们夹在一起形成NPN或PNP晶体管。

晶体管内部有集电极管脚和发射极管脚。在这两者之间，在NPN晶体管中，我们有两层N型材料和一层P型材料。基线连接到P型层。在PNP晶体管中，这只是以相反的方式配置。整个装置被包裹在树脂中以保护内部材料。

假设硅还没有被掺杂，所以里面只有纯硅。每个硅原子被另外4个硅原子包围。每个原子都想要，8个电子在它的价壳层里。但是，硅原子的价壳层中只有4个电子。所以，他们偷偷地和邻近的原子共用一个电子，得到他们想要的8。这就是共价键。当我们加入磷等N型物质时，它会占据一些硅原子的位置。磷原子的价壳层中有5个电子。所以，当硅原子共享电子来获得他们想要的8时，他们不需要这个额外的电子，这意味着材料中现在有额外的电子，这些电子可以自由移动。

用P型掺杂，我们加入一种材料，如铝，或铝，这个原子只有3个电子在它的价壳层。因此，它不能为它的四个邻居提供一个共享的电子，所以它们中的一个必须没有。这意味着一个空穴已经被创造出来，一个电子可以坐在那里并占据它。

我们现在有两块掺杂硅，一块电子太多，另一块电子不足。这两种材料结合在一起形成了PN结，在这个结处我们得到了一个损耗区。在这个区域，来自n型侧的一些多余电子将移动到p型侧的空穴中。这种迁移将形成一个势垒，电子和空穴在相反的一侧堆积起来。

电子带负电，因此空穴被认为带正电荷。所以这个堆积会产生一个带负电荷的区域和一个带轻微正电荷的区域。这就产生了一个电场，阻止了更多的电子穿过。这个区域的电位差通常在0.7伏左右。

当我们在两端连接一个电压源，正极连接到P型材料上时，这将产生正向偏压，电子开始流动。电压源必须大于0.7伏的势垒，否则电子不能跳跃。

当我们反转电源使正极连接到N型材料时，阻挡层中的电子将被拉回到正极端子，而空穴将被拉回到负极端子。这导致了一种反向偏差。

在NPN晶体管中，我们有两层N型材料，所以我们有两个结，因此有两个势垒。所以，正常情况下没有电流可以通过它。

发射极N型材料是重掺杂的，所以这里有很多多余的电子。基P型是轻掺杂的，所以这里有几个洞。集电极N型是适度掺杂的，所以这里有一些多余的电子。

如果我们把一个电池连接在基极和发射极上，正极连接到P型层，这将产生正向偏压。只要电压至少为0.7伏，正向偏压会导致势垒崩塌。所以，势垒减小，电子冲过来填满P型材料的空间。其中一些电子会占据一个空穴，并被拉向电池的正极。这是一个很小的电子，因为它是一个很薄的空穴。其余部分将在材料周围自由移动。因此，只有很小的电流会从引脚流出，在P型材料中留下多余的电子。

如果我们在发射器和收集器之间连接另一个电池，正极连接到收集器。收集器内带负电的电子将被吸引到正端，从而产生反向偏压。如果你记得用反向偏压，势垒的电子和空穴被拉回来。

所以，势垒P型侧的电子被拉到N型侧，N型侧的空穴被拉回到P型。在P型材料中已经有过多的电子，因此它们会移动来占据这些空穴，而其中一些电子会被拉过，因为这种电池的电压更大，所以吸引力要高得多。当这些电子被拉过时，它们流入电池，因此电流通过反向偏压结形成。

更高的基脚电压会完全打开晶体管，这意味着更多的电流和更多的电子进入P型层，因此更多的电子被拉过反向偏压。与集电极侧相比，我们还可以看到更多的电子在晶体管的发射端流动。