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看著這個課題，便回想起以前唸書被老師帶著做題目，卻總是搞不懂電晶體到底是怎麼工作、怎麼放大的。書買了很多本，也有專門探討電晶體應用的，但就是不知道該如何把電晶體放到自己的設計中，所以常常這樣安慰自己：我數位電路比較強，類比電路是門外漢；事實上，數位電路中也是常常包含電晶體的應用。直到後來進入了職場，偶然的機會下接觸到光耦合器(Photo Coupler)，才漸漸的打開了電晶體的這道門。 

所以在開始進入我們的主題前，我想先談談另一種也被廣泛使用的開關元件：

光耦合器 (Photo Coupler)

上圖中的PC817為一光電晶體形式的光耦合器，以一顆發光二極體與一顆光電晶體所組成，其內部構造如下：

其中 1.陽極 2.陰極 3.射極 4.集極 

我們可以這樣看待上面這個元件：當對左側的發光二極體施以順向偏壓時，二極體發出的光線將照射在右側光電晶體的基極接面上，而產生集極電流I_C，這時集極與射極可以看作短路。實際上在”導通”時，C-E間會有一電位差V_CE(SAT)約0.1~0.2V，並且I_C不是無限大；以PC817為例，它最大只能通過50mA的電流，因此理論上只要被控制信號小於50mA，仍可將C-E看作短路。

因為

又I_B遠小於I_C可忽略不計，所以IE幾乎等於I_C，C-E可看作導通。

所以我們可以想像一下，有一個應用是像上圖這樣。當Input為’HI’時，二極體順偏，此時電晶體C-E導通，Output為’LOW’；

反之，當Input為’LOW’時，電晶體C-E不導通，所以沒有電流流經C-E，Output為’HI’。我們也可以從右側波形看到這樣的組態，輸入與輸出恰好互為反相。

當作開關用時，我們會希望電晶體是工作在：

飽和區（Saturation region）- 開 與

截止區（Cutoff region）- 關

接著，我們把光耦合左側的發光二極體拿掉，只留下電晶體：

我們回顧一下剛剛光耦合器的例子，二極體的光線照射在基極接面上，而產生了集極電流，我們可以由此看出，決定是否產生集極電流I_C的決定性因素為光照，因為光電晶體會將光能轉換為電能－基極電流I_B。 

依照這個想法延伸思考，我們也能很容易理解，上圖的雙載子接面電晶體，也同樣需要靠基極電流I_B來產生集極電流I_C。

那麼，要怎麼產生I_B呢？很簡單，因為我們可以把電晶體內部想像成這個樣子：

B-E間可以想像有一二極體，電阻R_CE可以想像成一流控電阻－由基極電流控制的電阻。

所以當我們在剛剛的共射極組態中，Input若為’HI’則會有基極電流IB產生，我們也稱之為在B-E間施以順向偏壓；

而Output會隨著I_C的產生而變為’LOW’，一切行為模式就跟剛剛的光耦合一樣－輸入與輸出互為反相。

現在，我們可以將剛剛的電晶體開關做一點小小的變化：

如此不只可控制LED的ON/OFF，還可透過R_B來控制LED的亮度：

當Input=’HI’時，C-E導通，LED點亮。而且在這種組態中，輸入與輸出存在正邏輯關係。 

我們知道集極電流I_C與基極電流I_B間存在這樣的關係：

也就是說，I_B越大，I_C跟著變大，LED就會越亮；

因為I_C總是比IB大Beta倍。

以上式延伸得，

假設輸入電壓為+5V，電晶體的Beta=100，我們希望流經發光二極體的電流為20mA，那麼我們該如何決定R_B的大小?

因此，我們可以找接近21.5K歐姆的電阻，使LED的工作電流在20mA左右。

我們現在將I_B還原，

所以可以從上面的運算知道我們是以0.2mA去控制20mA的信號，這種以小信號去控制大信號的方式，就是BJT電晶體的放大特性。

Beta是指直流網路中，BJT的電流增益。

hFE是指加給1Khz的小信號，BJT的電流增益。