你知道吗？这玩意儿在你手机里有几十亿个！最近各大厂商纷纷发布新机，作为手机的核心元器件，处理器一直是大家宣传的卖点。那么你知道处理器芯片的核心是什么吗？今天我们就来和大家聊一聊处理器的基本单元——晶体管。别看我们的处理器芯片只有指甲盖大小，每一个处理器芯片上都有着几十亿个晶体管。以某品牌810型号的处理器为例，里面就有20亿个晶体管。晶体管最基本的作用就是放大功能，它可以将输入的电信号放大。
要搞清楚晶体管为什么有这样的功能，就得先了解它的构造。晶体管是由半导体制作而成的，最常见的就是硅（Si）。硅是原子晶体，每个硅原子周围有四个紧邻的硅原子，它们构成一个正四面体。每个硅原子的最外层有四个未成对电子，它们与近邻硅原子的最外层电子相互作用，形成共用电子对，从而形成四个共价键。在外加电场的作用下，共价键中的少量电子会变成自由电子，有了载流子就可以导电。
不过由于载流子的数量很少，因此硅是一种典型的半导体材料。不过由于纯硅的导电性太弱，我们必须通过掺杂提升它的导电性能，才能为我们所用。如果在硅中掺入五价的原子（如磷），就会多出一个自由电子，这样的掺杂被称作N型掺杂。掺杂后的半导体被称作N型半导体。如果在硅中掺入三价的原子（如硼），就会多出一个空穴，周围的电子填充空穴，等价于空穴向周围移动，相当于多了一个带正电的载流子，这样的掺杂被称作P型掺杂。
掺杂后的半导体被称作P型半导体。如果将P型硅和N型硅连在一起，就会构成PN结（二极管），一侧充满空穴，另一侧充满电子。在P型硅和N型硅的交界处，N型硅中的电子会填充到P型硅的空穴中。不过这种填充不是无止尽的，随着填充的增加，P型硅一侧会带上负电，N型硅一侧会带上正电，形成一个内建电场和内建电势，阻碍电子和空穴进一步复合。
当达到平衡状态时，交界处会形成一块既没有空穴也没有电子的区域，这块区域就被称作耗尽区。如果在PN结的两端加上如图所示的电压，电子和空穴会分别向各自一端移动，耗尽区宽度增大，PN结中不能形成电流，不能导电。如果将电压反过来，并且电压的大小超过耗尽区的内建电势，电子将源源不断地从N型区移动到P型区，与空穴发生复合，这样PN结内就形成了稳定的电流，从而可以导电。
如果我们按照N型-P型-N型的顺序连接，那么就形成了NPN型的晶体管，三个区域依次称为发射区、基区、集电区，掺杂浓度依次降低，因此常标记为N+PN型晶体管。NPN型的晶体管可以看做两个PN结背靠背连接而成，如果在两端加上电源，无论怎么接，都有一个PN结无法导通，不能产生电流。
现在我们在左侧的N+P区加上第二个电源，使左侧的PN结正向导通，N+区的大量自由电子迅速向P区移动，由于N+区的掺杂浓度远高于P区，一般要高两个数量级，再加上P区的宽度很窄，所以N+去发射的电子只有少量与空穴复合，形成基极电流，大量的电子穿过基区到达集电区，到达集电区的电子被第一个电源的正极吸引，经过外电路回到了发射区。
也就是说，发射区产生的电子电流被分成了两部分，小部分变成了基极电流，大部分变成了集电极电流，宏观上看相当于是小的基极电流，经过晶体管的放大，成为了大的集电极电流，这就是晶体管的放大作用。如果你嫌放大的倍数不够，你还可以将晶体管级联，获得更大的放大倍数。
晶体管除了放大功能外，还可以被用作开关，根据输入信号的特性决定电路的通断，这是数字电路的基础，通过各种组合，我们可以用晶体管实现各种逻辑运算，从而实现处理器的功能。1954年，美国贝尔实验室发明了世界上第一台晶体管计算机，随着集成电路技术的发展，人们可以在小小的芯片上放下几十亿个晶体管，所需的成本大大降低，运算的效率大大提高。