先講二極管
如果把一塊本征半導體的兩邊摻入不同的元素，使一邊為P型，另一邊為N型，則在兩部分的接觸面就會形成一個特殊的薄層，稱為PN結。PN結是構成二極管、三極管及可控硅等許多半導體器件的基礎。
如右圖所示是一塊兩邊摻入不同元素的半導體。由於P型區和N型區兩邊的載流子性質及濃度均不相同，P型區的空穴濃度大，而N型區的電子濃度大，於是在交界面處產生了擴散運動。P型區的空穴向N型區擴散，因失去空穴而帶負電；而N型區的電子向P型區擴散，因失去電子而帶正電，這樣在P區和N區的交界處形成了一個電場（稱為內電場）。
PN結內電場的方向由N區指向P區，如右圖所示。
在內電場的作用下，電子將從P區向N區作漂移運動，空穴則從N區向P區作漂移運動。經過一段時間后，擴散運動與漂移運動達到一種相對平衡狀態，在交界處形成了一定厚度的空間電荷區叫做PN結，也叫阻擋層，勢壘。
PN結的工作原理
如果將PN結加正向電壓，即P區接正極，N區接負極，如右圖所示。由於外加電壓的電場方向和PN結內電場方向相反。在外電場的作用下，內電場將會被削弱，使得阻擋層變窄，擴散運動因此增強。這樣多數載流子將在外電場力的驅動下源源不斷地通過PN結，形成較大的擴散電流，稱為正向電流。
由此可見PN結正向導電時，其電阻是很小的。
如果PN結加反向電壓，如右圖所示，此時，由於外加電場的方向與內電場一致，增強了內電場，多數載流子擴散運動減弱，沒有正向電流通過PN結，只有少數載流子的漂移運動形成了反向電流。由於少數載流子為數很少，故反向電流是很微弱的。
因此，PN結在反向電壓下，其電阻是很大的。
由以上分析可以得知：
PN結通過正向電壓時可以導電，常稱為導通；而加反向電壓時不導電，常稱為截止。這說明：PN結具有單向導電性。
要想很自然地說明問題，就要選擇恰當地切入點。講三極管的原理我們從二極管的原理入手講起。二極管的結構與原理都很簡單，內部一個PN結具有單向導電性，如示意圖B。很明顯圖示二極管處於反偏狀態，PN結截止。我們要特別注意這里的截止狀態，實際上PN結截止時，總是會有很小的漏電流存在，也就是說PN結總是存在着反向關不斷的現象，PN結的單向導電性並不是百分之百。
為什么會出現這種現象呢？這主要是因為P區除了因“摻雜”而產生的多數載流子“空穴”之外，還總是會有極少數的本征載流子“電子”出現。N區也是一樣，除了多數載流子電子之外，也會有極少數的載流子空穴存在。PN結反偏時，能夠正向導電的多數載流子被拉向電源，使PN結變厚，多數載流子不能再通過PN結承擔起載流導電的功能。所以，此時漏電流的形成主要靠的是少數載流子，是少數載流子在起導電作用。反偏時，少數載流子在電源的作用下能夠很容易地反向穿過PN結形成漏電流。漏電流只所以很小，是因為少數載流子的數量太少。很明顯，此時漏電流的大小主要取決於少數載流子的數量。如果要想人為地增加漏電流，只要想辦法增加反偏時少數載流子的數量即可。所以，如圖B，如果能夠在P區或N區人為地增加少數載流子的數量，很自然的漏電流就會人為地增加。其實，光敏二極管的原理就是如此。光敏二極管與普通光敏二極管一樣，它的PN結具有單向導電性。因此，光敏二極管工作時應加上反向電壓，如圖所示。當無光照時，電路中也有很小的反向飽和漏電流，一般為1×10-8 —1×10 -9A(稱為暗電流)，此時相當於光敏二極管截止；當有光照射時，PN結附近受光子的轟擊，半導體內被束縛的價電子吸收光子能量而被擊發產生電子—空穴對，這些載流子的數目，對於多數載流子影響不大，但對P區和N區的少數載流子來說，則會使少數載流子的濃度大大提高，在反向電壓作用下，反向飽和漏電流大大增加，形成光電流，該光電流隨入射光強度的變化而相應變化。光電流通過負載RL時，在電阻兩端將得到隨人射光變化的電壓信號。光敏二極管就是這樣完成電功能轉換的。
光敏二極管工作在反偏狀態，因為光照可以增加少數載流子的數量，因而光照就會導致反向漏電流的改變，人們就是利用這樣的道理制作出了光敏二極管。既然此時漏電流的增加是人為的，那么漏電流的增加部分也就很容易能夠實現人為地控制。
強調一個結論：
講到這里，一定要重點地說明PN結正、反偏時，多數載流子和少數載流子所充當的角色及其性質。正偏時是多數載流子載流導電，反偏時是少數載流子載流導電。所以，正偏電流大，反偏電流小，PN結顯示出單向電性。特別是要重點說明，反偏時少數載流子反向通過PN結是很容易的，甚至比正偏時多數載流子正向通過PN結還要容易。為什么呢？大家知道PN結內部存在有一個因多數載流子相互擴散而產生的內電場，而內電場的作用方向總是阻礙多數載流子的正向通過，所以，多數載流子正向通過PN結時就需要克服內電場的作用，需要約0.7伏的外加電壓，這是PN結正向導通的門電壓。而反偏時，內電場在電源作用下會被加強也就是PN結加厚，少數載流子反向通過PN結時，內電場作用方向和少數載流子通過PN結的方向一致，也就是說此時的內電場對於少數載流子的反向通過不僅不會有阻礙作用，甚至還會有幫助作用。這就導致了以上我們所說的結論：反偏時少數載流子反向通過PN結是很容易的，甚至比正偏時多數載流子正向通過PN結還要容易。這個結論可以很好解釋前面提到的“問題2”，也就是教材后續內容要講到的三極管的飽和狀態。三極管在飽和狀態下，集電極電位很低甚至會接近或稍低於基極電位，集電結處於零偏置，但仍然會有較大的集電結的反向電流Ic產生。
自然過渡：
繼續討論圖B，PN結的反偏狀態。利用光照控制少數載流子的產生數量就可以實現人為地控制漏電流的大小。既然如此，人們自然也會想到能否把控制的方法改變一下，不用光照而是用電注入的方法來增加N區或者是P區少數載流子的數量，從而實現對PN結的漏電流的控制。也就是不用“光”的方法，而是用“電”的方法來實現對電流的控制（注2）。接下來重點討論P區，P區的少數載流子是電子，要想用電注入的方法向P區注入電子，最好的方法就是如圖C所示，在P區下面再用特殊工藝加一塊N型半導體（注3）。
圖C所示其實就是NPN型晶體三極管的雛形，其相應各部分的名稱以及功能與三極管完全相同。為方便討論，以下我們對圖C中所示的各個部分的名稱直接采用與三極管相應的名稱（如“發射結”，“集電極”等）。再看示意圖C，圖中最下面的發射區N型半導體內電子作為多數載流子大量存在，而且，如圖C中所示，要將發射區的電子注入或者說是發射到P區（基區）是很容易的，只要使發射結正偏即可。具體說就是在基極與發射極之間加上一個足夠的正向的門電壓（約為0.7伏）就可以了。在外加門電壓作用下，發射區的電子就會很容易地被發射注入到基區，這樣就實現對基區少數載流子“電子”在數量上的改變。
集電極電流Ic的形成：
如圖C，發射結加上正偏電壓導通后，在外加電壓的作用下，發射區的多數載流子——電子就會很容易地被大量發射進入基區。這些載流子一旦進入基區，它們在基區（P區）的性質仍然屬於少數載流子的性質。如前所述，少數載流子很容易反向穿過處於反偏狀態的PN結，所以，這些載流子——電子就會很容易向上穿過處於反偏狀態的集電結到達集電區形成集電極電流Ic。由此可見，集電極電流的形成並不是一定要靠集電極的高電位。集電極電流的大小更主要的要取決於發射區載流子對基區的發射與注入，取決於這種發射與注入的程度。這種載流子的發射注入程度及乎與集電極電位的高低沒有什么關系。這正好能自然地說明，為什么三極管在放大狀態下，集電極電流Ic與集電極電位Vc的大小無關的原因。放大狀態下Ic並不受控於Vc，Vc的作用主要是維持集電結的反偏狀態，以此來滿足三極管放大態下所需要外部電路條件。
對於Ic還可以做如下結論：Ic的本質是“少子”電流，是通過電子注入而實現的人為可控的集電結“漏”電流，因此它就可以很容易地反向通過集電結。
Ic與Ib的關系：
很明顯，對於三極管的內部電路來說，圖C與圖D是完全等效的。圖D就是教科書上常用的三極管電流放大原理示意圖。
看圖D，接着上面的討論，集電極電流Ic與集電極電位Vc的大小無關，主要取決於發射區載流子對基區的發射注入程度。
通過上面的討論，現在已經明白，三極管在電流放大狀態下，內部的主要電流就是由載流子電子由發射區經基區再到集電區貫穿三極管所形成。也就是貫穿三極管的電流Ic主要是電子流。這種貫穿的電子流與歷史上的電子三極管非常類似。如圖E，圖E就是電子三極管的原理示意圖。電子三極管的電流放大原理因為其結構的直觀形象，可以很自然得到解釋。
如圖E所示，很容易理解，電子三極管Ib與Ic之間的固定比例關系，主要取決於電子管柵極（基極）的構造。當外部電路條件滿足時，電子三極管工作在放大狀態。在放大狀態下，穿過管子的電流主要是由發射極經柵極再到集電極的電子流。電子流在穿越柵極時，很顯然柵極會對其進行截流，截流時就存在着一個截流比問題。截流比的大小，則主要與柵極的疏密度有關，如果柵極做的密，它的等效截流面積就大，截流比例自然就大，攔截下來的電子流就多。反之截流比小，攔截下來的電子流就少。柵極攔截下來的電子流其實就是電流Ib，其余的穿過柵極到達集電極的電子流就是Ic。從圖中可以看出，只要柵極的結構尺寸確定，那么截流比例就確定，也就是Ic與Ib的比值確定。所以，只要管子的內部結構確定，的值就確定，這個比值就固定不變。由此可知，電流放大倍數的β值主要與柵極的疏密度有關。柵極越密則截流比例越大，相應的β值越低，柵極越疏則截流比例越小，相應的β值越高。
其實晶體三極管的電流放大關系與電子三極管類似。晶體三極管的基極就相當於電子三極管的柵極，基區就相當於柵網，只不過晶體管的這個柵網是動態的是不可見的。放大狀態下，貫穿整個管子的電子流在通過基區時，基區與電子管的柵網作用相類似，會對電子流進行截流。如果基區做得薄，摻雜度低，基區的空穴數就會少，那么空穴對電子的截流量就小，這就相當於電子管的柵網比較疏一樣。反之截流量就會大。很明顯只要晶體管三極管的內部結構確定，這個截流比也就確定。所以，為了獲大較大的電流放大倍數，使β值足夠高，在制作三極管時往往要把基區做得很薄，而且其摻雜度也要控制得很低。
與電子管不同的是，晶體管的截流主要是靠分布在基區的帶正電的“空穴”對貫穿的電子流中帶負電的“電子”中和來實現。所以，截流的效果主要取決於基區空穴的數量。而且，這個過程是個動態過程，“空穴”不斷地與“電子”中和，同時“空穴”又不斷地會在外部電源作用下得到補充。在這個動態過程中，空穴的等效總數量是不變的。基區空穴的總數量主要取決於摻“雜”度以及基區的厚薄，只要晶體管結構確定，基區空穴的總定額就確定，其相應的動態總量就確定。這樣，截流比就確定，晶體管的電流放大倍數的值就是定值。這就是為什么放大狀態下，三極管的電流Ic與Ib之間會有一個固定的比例關系的原因。
對於截止狀態的解釋：
比例關系說明，放大狀態下電流Ic按一個固定的比例受控於電流Ib，這個固定的控制比例主要取決於晶體管的內部結構。
對於Ib等於0的截止狀態，問題更為簡單。當Ib等於0時，說明外部電壓Ube太小，沒有達到發射結的門電壓值，發射區沒有載流子“電子”向基區的發射注入，所以，此時既不會有電流Ib，也更不可能有電流Ic。另外，從純數學的電流放大公式更容易推出結論，Ic=βIb，Ib為0，很顯然Ic也為0。