在双极晶体管中，发射极的掺杂比基极高得多。当您向基极-发射极二极管施加正向偏置时，电流将流动，并且由于发射极中的掺杂程度较高，从发射极流入基极的电子比从基极流入发射极的空穴多得多。

半导体中的电流可以通过两种主要机制流动：存在“漂移”电流，其中电场将电子沿特定方向加速。这是我们都习惯的简单的电流流动方式。还有“扩散”电流，电子从电子浓度较高的区域移动到浓度较低的区域，就像水浸入海绵中一样。然而，那些扩散的电子不能永远四处移动，因为它们会在某个时候撞到一个洞并重新组合。这意味着半导体中的扩散（自由）电子具有半衰期和所谓的扩散长度，即它们在与空穴复合之前行进的平均距离。

扩散是二极管结产生耗尽区的机制。

现在，如果基极-发射极二极管正向偏置，则基极-发射极二极管的耗尽区会变小，电子开始从该结扩散到基极。然而，由于晶体管的构建使得这些电子的扩散长度比基极长，因此许多电子实际上能够直接通过基极扩散而无需重新组合并从集电极出来，有效地“隧穿”通过不与那里的孔相互作用来穿过底座。（重组是一个随机过程，不会立即发生，这就是扩散首先存在的原因。）

所以最后，一些电子通过随机运动最终进入收集器。既然它们在那里，电子只有在克服基极-集电极二极管的正向偏置电压时才能返回基极，导致它们“堆积”在集电极中，降低那里的电压，直到它们能够克服集电极结和回流。（实际上，这个过程当然是一种平衡。）

使用施加在基极、发射极和集电极上的电压，您只会在半导体中产生电场，导致电子向耗尽区漂移，从而改变晶体中电子的浓度，从而导致扩散电流流过根据。虽然单个电子受到晶体管端子电压产生的电场的影响，但它们本身没有电压，只有能级。在通常处于相同电压的晶体部分内，电子可以（并且将）具有不同的能量。事实上，没有两个电子可以具有相同的能级。

这也解释了为什么晶体管可以反向工作，但电流增益要小得多：电子更难扩散到高掺杂发射极区域而不是轻掺杂集电极，因为那里的电子浓度已经相当高。与非反向晶体管相比，这使得这条路径对电子更不利，因此更多的电子直接从基极流出，增益更低。

集电极的电压怎么会比那个三明治里的底座低？

没有物理定律可以防止收集器处于低于基极的电压：在 B 和 E 之间应用 \$0.7\,\mathrm{V}\$，在 C 之间应用 \$0.4\,\mathrm{V}\$和 E，你会在那个条件下偏置 BJT。

因此，您真正的问题可能是：给定这些施加电压，物理定律为何允许集电极电流流入集电极？

基尔霍夫定律适用于 BJT 仅意味着 $$-V_\mathrm{BE}-V_\mathrm{CB}+V_\mathrm{CE}=0$$ 和 $$I_\mathrm{C}+I_\mathrm{ B}+I_\mathrm{E}=0,$$ 其中我假设终端电流在进入终端时为正。

此外，由于 BJT 内部没有能量源，我们要求进入器件的功率为正（我考虑静态情况，忽略动态效应以避免被动的微妙之处），即 $$V_\mathrm{BE }I_\mathrm{B}+V_\mathrm{CE}I_\mathrm{C}>0.$$

这些是物理在静态情况下对端子电压和电流施加的唯一约束。如您所见，上述所有条件都适用于饱和 BJT。

您的困惑可能来自隐含地假设一个线性设备，而 BJT 不是。

请记住，底座在其整个区域内没有相同的电压。有一个与底座相关的不可减小的“薄层”电阻，其外部连接在某种意义上必须位于结构的边缘。由于该“表”内存在电流分布，因此也存在电压分布。

因此，在饱和状态下，流入基极端子的电流会流过基极端子附近的两个正向偏置二极管结（BE 和 BC）。流向集电极的电流然后通过远离基极端的基极的不同部分流向发射极。

本质上，固有基极电阻上的压降是我们在外部端子上看到的电压分布的原因。

BJT 是电流器件。当在有源区时，许多发射极（发射极重掺杂，比基极更负）电子进入基极（轻掺杂），一些落入较少的基极空穴，但大部分扩散到集电极，导致 Ic . 饱和时，集电极也比基极更负，因此它会向基极贡献一些电子。由于集电极向基极贡献更多电子（Vbc 更正），因此集电极-发射极电流将更低。随着 Vbc 变小（Vce(sat) 更高），饱和电流会更高。因此，一旦处于饱和状态，集电极电压就会随着集电极电流的增加而上升。

您可以在集电极和发射极反转的情况下运行晶体管。由于与发射极相比，集电极轻掺杂，增益很差，但 Vce(sat) 将在单个 mV 范围内下降。在前 FET 时代，我们使用这种方法在采样和保持等中将模拟输入接地。