Ha meg akarjuk érteni azt, hogy hogyan működik egy tranzisztor, előbb meg kell értenünk, hogy milyen folyamatokban vesznek részt az elektronok a diódában.

Az első tranzisztor
Az első tranzisztor

A diódát úgy készítik, hogy a szilíciumkristály egyik felét akceptor atomokkal (pl. bóratom) szennyezik, ez a p-típusú réteg, a másik felét donor atomokkal (pl. foszforatom) szennyezik, ez utóbbi az n-típusú réteg.
A p- és az n-réteg határán érdekes jelenség játszódik le.
A kristály n-rétegében bőségesen vannak szabad elektronok. A hőmozgás következtében az elektronok a lyukak vonzásának hatására átdiffundálnak a p-rétegbe. Ennek következtében a p-réteg egy vékony sávjában enyhén negatív töltés jelenik meg, ugyanakkor az n-réteg az elektronhiány miatt kissé pozitív töltésű lesz. Ezt a vékony réteget zárórétegnek nevezzük.
A zárórétegben keletkező elektromos mező, amelynek térerősség-vektora a diódában az n-rétegtől a p-réteg irányába mutat, megakadályozza az elektronok további diffúzióját.

Ha az ábrán látható módon külső feszültségforrást kapcsolunk a diódára, a feszültségforrás pozitív elektródája vonzza az elektronokat (n-réteg), amíg a negatív elektródája vonzza a lyukakat (p-réteg). A töltés-szegény záróréteg kiszélesedik. Az elektronok áramlása ebben a kapcsolásban lehetetlenné válik, így nem folyik elektromos áram a diódán keresztül. Ez a záró irányú kapcsolás (vagy előfeszítés).
Azonban, ha megfordítjuk a feszültségforrás polaritását a helyzet egészen más lesz. Tételezzük fel, hogy olyan feszültségforrásunk van, amelynek elegendő energiája van ahhoz, hogy leküzdje a záróréteg potenciálgátját.
A feszültségforrás negatív potenciálja taszítani fogja az n-réteg szabad elektronjait a p-réteg irányába. Ennek következtében a záróréteg potenciálgátja lecsökken, és az elektronok könnyen átkerülhetnek a p-rétegben, ahol rekombinálódhatnak a lyukakkal. Továbbá a feszültségforrás pozitív elektródja a p-réteg mélyebb rétegeibe vonzza az elektronokat, így megindul az elektronok áramlása a diódán keresztül. Ezt a kapcsolást nyitó irányú kapcsolásnak (előfeszítésnek) nevezzük.

Ez alapján könnyen megérthető a tranzisztor működése is.
Most térjünk át egy NPN tranzisztor tárgyalására!
Egy NPN tranzisztor készítése során egy szilíciumlapot speciális módon szennyeznek.

Az ábrán látható tranzisztor, a lényegét tekintve két, azonos oldalával összeillesztett dióda. (Két diódát egy áramkörbe kapcsolva mégsem lehet tranzisztorként működtetni, mert a középső rétegnek – az általunk tárgyalt esetben a p-rétegnek – nagyon vékonynak kell lennie, és csak kis mértékben szennyezettnek.)

Kapcsoljuk az U1 feszültségforrást az NPN tranzisztorunkra. Azt tapasztaljuk, hogy az egyik oldali „dióda” mindig nyitó irányban, a másik oldali „dióda” mindig záró irányban lesz kapcsolva. Ez utóbbi blokkolja az elektromos áram folyását a tranzisztoron keresztül.
Ily módon egy (U1) feszültségforrás alkalmazása esetén a tranzisztoron nem folyik keresztül áram.
Most csatlakoztassunk egy második feszültségforrást (U2) is a tranzisztorhoz az ábrán látható módon.
Az U2 feszültségforrásnak elegendő nagyságú feszültséggel kell rendelkeznie ahhoz, hogy leküzdje a belső potenciálgátat.
A második feszültségforrás (U2) a „fél” tranzisztorhoz – tulajdonképpen a “baloldali diódához” – nyitó irányban van kapcsolva. Így nagyszámú elektron sodródhat (driftáram vagy sodródási áram) a külső elektromos mező hatására az n-rétegből (ennek neve: EMITTER) a p-rétegbe (a középső réteg neve: BÁZIS).
Ugyanúgy mint a diódánál, ebben az esetben is néhány elektron rekombinálódik a lyukakkal a p-rétegben, azonban sok elektron a BÁZIS-on keresztül a második feszültségforrás pozitív potenciálja felé áramlik.
Az elektronok nagy része azonban a p-rétegen keresztül az első feszültségforrás pozitív elektródájának vonzása hatására átdiffundál (diffúziós áram) a jobboldali n-rétegbe (ennek neve: KOLLEKTOR). (Ezért kell a bázisnak nagyon vékonynak lennie.)
Közös emitteres alapkapcsolás

Ez utóbbi elektronok az ábrán látható széles nyílak mentén haladnak az n-p-n-rétegeken (emittertől a kollektorig) keresztül.
A fenti kapcsolást közös emitteres alapkapcsolásnak[1] nevezzük.


Most az elektronok mozgásiránya helyett ábrázoljuk az áramirányt!
Egy kis bázisáram (IB) – amely a második feszültségforrás nyitó irányú előfeszítése hatására jön létre – nagy kollektoráramot (IC) hoz létre.

Ha növeljük a bázisáramot, a kollektoráram arányosan nőni fog: ezt a jelenséget áramerősítésre használjuk.
A fentiekben tárgyalt tranzisztort bipoláris tranzisztornak[3] nevezzük.
Ha egy második tranzisztort is az áramkörbe kapcsolunk, tovább növelhető az erősítés mértéke. A második tranzisztor bázisa az első tranzisztor emitterével van összekötve.
Ha az így kapcsolt áramkör bemenetére egy olyan gyenge ingadozó jelet indítunk, mint, amit egy mikrofon bocsát ki, akkor a két tranzisztor segítségével a hangszóróra már megfelelő erősségű jel kerülhet.
A tranzisztorok áramköri jelölése:

 

[1] Video forrása: https://www.youtube.com/watch?v=7ukDKVHnac4
[2] A tranzisztor működéséhez: LeifiPhysik
[3] University of Cambridge: Bipolar Transistor