Почему два последовательных диода не могут работать как BJT?

Другая форма вопроса: будет ли объединение двух диодов с проводами (pn-np) сделать транзисторным эквивалентом?

Я читал, что они не эквивалентны, но почему?

52 голоса | спросил user23564 8 PM00000030000002331 2013, 15:50:23

8 ответов


54

Многие считают, что ответ на этот вопрос связан с шириной базовой области в транзисторах BJT - это неверно. Ответ прошел довольно долго. Вы можете прочитать, начиная с раздела «Tricky Question», если вы хотите получить нижнюю строку.

Я считаю, что вас попросили задать этот вопрос из-за чего-то вроде этой картины:

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Это стандартная практика преподавания основ BJT, но она может смутить кого-то, не знакомого с теорией полупроводников в деталях. </p>

<p> Чтобы ответить на ваш вопрос на приемлемом уровне, я должен предположить, что вы знакомы с принципами работы PN-диода. <a href= Эта ссылка содержит подробное обсуждение PN-переходов.

Ответ касается транзистора NPN, но он также применим к PNP-транзисторам после соответствующего изменения полярности.

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> <strong> NPN в прямом режиме работы: </strong> </p>

<p> Самый «полезный» режим работы BJT-транзистора называется «вперед-активным»: </p>

<p> <img src =

NPN находится в прямом режиме, когда:

  • Соединение Base-Emitter смещено вперед (обычно в \ $ V_ {BE} \ approx 0.6V \ $)
  • Соединение Base-Collector обратное смещение (\ $ V_ {CB}> 0 \ $)

Из-за смещения базового эмиттера, находящегося в прямом направлении, происходит нагнетание электронов из излучателя на базу (\ $ I_ {E_n} \ $ на изображении выше) и одновременное впрыскивание отверстий из базы в Emitter (\ $ I_ {B1} = I_ {E_p} \ $ на изображении выше). Область эмиттера (\ $ n ^ {++} \ $) гораздо более легирована, чем область Бэка (\ $ p \ $), поэтому ток, вызванный электронами, впрыскиваемыми в основание, намного выше, чем ток из-за введенных отверстий в эмиттер.

Обратите внимание, что отверстия, вводимые в излучатель, подаются от базового электрода (базовый ток), тогда как электроны, впрыскиваемые в базу, подаются от электрода эмиттера (ток эмиттера). Соотношение между этими токами - это то, что делает BJT усиливающим ток устройством - малый ток на клемме Base может привести к значительному току на терминале Emitter. Обычное усиление тока определяется как отношение токов коллектора к базе, но это соотношение между вышеуказанными токами, которое делает возможным любое усиление тока.

Из-за нагнетания огромного количества электронов из излучателя электроны имеют тенденцию диффундировать через обратное смещенное соединение Base-Base-Collector. Как только электрон достигает там, он перемещается через область истощения коллектор-база и вводится в коллектор, тем самым внося вклад в ток коллектора (\ $ I_C \ $ в изображении выше).

Теперь, если все эти электроны, впрыскиваемые из излучателя, могут диффундировать к обратному смещенному соединению Base-Collector, не подвергая себя другим воздействиям - не было никакого значения для ширины Базового региона. Однако в Базе происходит рекомбинация.

В процессе рекомбинации впрыскиваемые электроны встречаются дыры и «нейтрализуют» друг друга. Инжектированный электрон «потерян» в этом процессе и не будет вносить свой вклад в ток на коллекторном терминале. Но подождите, заряд сохранения требует, чтобы отверстие, которое рекомбинировало с впрыснутым электроном, будет подаваться откуда-то, верно? Оказывается, что рекомбинирующие отверстия также подаются от базового терминала (\ $ I_ {B2} \ $ на изображении выше), тем самым увеличивая ток Базы и уменьшая отношение токов излучателя к базе (что представляет собой коэффициент усиления транзистора, помните ?).

Вышеизложенное означает, что чем больше электронов рекомбинируют во время диффузии через базовую область, тем ниже коэффициент усиления тока транзистора. Производитель должен минимизировать рекомбинацию, чтобы обеспечить функциональный транзистор.

Существует множество факторов, влияющих на скорости рекомбинации, но одним из наиболее важных является ширина базы. Очевидно, что чем шире база, тем больше времени потребуется, чтобы впрыснутый электрон рассеивался через основание, тем выше вероятность того, что он встретит дыру и рекомбинирует. Производители, как правило, делают BJT с очень коротким основанием.

Итак, почему два PN-диода не могут функционировать как один NPN:

В приведенном выше обсуждении объясняется, почему Base должен быть коротким. PN-диоды (обычно) не имеют таких коротких областей, поэтому скорость рекомбинации будет очень высокой, а коэффициент усиления тока будет приблизительно равен единице. Что это значит? Это означает, что ток на терминале «эмиттер» будет равен току на терминале «Base», а ток в «Collector» будет равен нулю:

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Диоды функционируют как автономные устройства, а не один BJT!

Трудный вопрос:

В разной степени точности многие люди могут ответить на ваш первоначальный вопрос, как и я. Однако более интересный вопрос заключается в следующем: если мы сделаем \ $ p \ $ стороны обоих диодов очень короткими, так что сумма их ширины будет не шире базовой области NPN-транзистора, будут ли диоды функционировать как транзистор?

Этот вопрос сложнее ответить, потому что простой ответ «нет, база BJT очень короткая» больше не применима.

Оказывается, этот подход не приведет к тому, что два диода будут похожи по поведению на один NPN-транзистор. Причина в том, что при металлическом контакте диода, где металл и полупроводник находятся в контакте, все избыточные электроны «рекомбинируют» с «отверстиями», подаваемыми контактом. Это не обычная рекомбинация, так как металлы не имеют отверстий, но тонкое различие не так важно - как только электроны входят в металл, никакие транзисторные функции не могут быть достигнуты.

Альтернативный способ понять вышеприведенную точку состоит в том, чтобы понять, что диод Collector-Base обращен к смещению, но все еще проводит большой ток. Этот режим работы не может быть достигнут с помощью автономных ПН-диодов, которые проводят незначительные токи под обратным смещением. Причиной этого ограничения является то же самое - избыточные электроны со стороны P переднего смещенного диода не могут быть прокачены на сторону P обратного смещенного диода через металлический провод в «конфигурации типа BJT как диод». Вместо этого они попадают в источник питания, обеспечивающий смещение напряжения к общей клемме диодов.

Был рассмотрен следующий вопрос, в котором было предложено дать более строгие аргументы в отношении вышеупомянутых двух абзацев. Ответ касается интерфейсов металл-полупроводник и можно найти здесь .

Что означает выше, так это то, что обсуждение ширины базовой области связано с обсуждением эффективности BJT-транзисторов и совершенно не имеет отношения к обсуждению двух обратных PN-диодов в качестве замены BJT.

Резюме:

Два параллельных PN-диода не могут функционировать как один BJT, потому что для работы транзистора требуется только полупроводниковая базовая область. Как только металл вводится на этом пути (что представляет собой два обратных диода), функциональность BJT невозможна.

ответил Vasiliy 24 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 24 Sep 2013 16:53:02 +0400 2013, 16:53:02
19

Нет. Два обратных диода НЕ являются транзисторами. Особым свойством, которое делает сэндвич PNP или NPN транзистором, а не только двумя диодами, является то, что базовый слой очень тонкий. В терминах физики полупроводников в базе нет двух отдельных областей истощения. Области истощения от двух переходов перекрываются в основании, что необходимо для того, чтобы транзистор имел свои особые свойства.

ответил Olin Lathrop 8 PM00000040000004331 2013, 16:05:43
6

Из Википедии

  

Транзисторы можно рассматривать как два диода (P-N переходов), разделяющих общую область, которую могут переносить неосновные носители. PNP BJT будет функционировать как два диода, которые совместно используют катодную область N-типа, а NPN - как два диода, разделяющих анодную область P-типа. Подключение двух диодов с проводами не приведет к транзистору, так как миноритарные носители не смогут добраться от одного переходного узла P к другому через провод.

В принципе, полупроводник должен быть подключен напрямую.

ответил scld 8 PM00000040000005231 2013, 16:00:52
4

Возможно, стоит подумать об эквивалентном вопросе для вакуумных ламп. Почему две спиральные диодные трубки не могут функционировать как триод? Ответ заключается в том, что для правильного функционирования триода большинство электронов, испускаемых катодом, должны проходить через сетку сетки, чтобы достичь анода. Если бы вы подключили две диодные трубки друг к другу и назвали связь между ними сеткой или если сетка триода превратилась в сплошной кусок фольги вместо сетки, тогда все электроны сделают ее до сетки и остановят там, сливаясь в сетку, вместо того, чтобы переизбираться, чтобы добраться до анода. Для правильной работы триода должна быть возможность момента импульса электронов провести их прямо через сетку, управляемую не только потенциалом между сеткой и анодом.

Физические эффекты в игре в полупроводниковом транзисторе различны, но основная идея, что ток должен быть в состоянии обойти провод, который в противном случае высасывал бы его в середине, остается тем же.

ответил mskala 25 J0000006Europe/Moscow 2014, 06:56:49
0

A BJT опирается на принцип диффузии (несущих носителей меньшего заряда).

Работает только в том случае, если толщина основания находится в порядке диффузионной длины .

Это невозможно сделать, подключив два дискретных диода.

ответил Curd 8 PM00000050000005331 2013, 17:31:53
0

Нет, потому что для создания транзистора нужен только тонкий слой между эмиттером и коллектором, но если вы подключите 2 спина к спине, то это даст толстый слой, который будет трудно проникнуть электронам

ответил Koech Mike 23 rdEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowMon, 23 Sep 2013 18:45:32 +0400 2013, 18:45:32
0

В принципе, один из диодов будет выключен из-за разности напряжений в базовом эмиттере или коллекторе (0,7 в любой конфигурации). Более близким подходом будет зенера и два диода , но все же не будет функционировать в качестве транзистора или ничего полезного. Мне ужасно объяснять, но ответ можно найти в понимании , как устранить падение напряжения на диоде , что редко встречается в книгах, но чрезвычайно важно. Теперь попробуйте представить себе батарею с напряжением 0,7 В параллельно диоду, подключенному к сигналу, тогда он будет работать от 0 и будет рухнуть на 0 (не типичный -0,7). Ну, есть нечто большее, но я только пытаюсь указать тебе куда-нибудь.

ответил visitor 10 +03002015-10-10T23:38:46+03:00312015bEurope/MoscowSat, 10 Oct 2015 23:38:46 +0300 2015, 23:38:46
0

Это очень сокращенная версия уже принятого ответа.

Металл имеет разные свойства, чем полупроводник, поэтому он не будет унифицировать два N в один N. Два диода будут составлять P-N-металл-N-P, который не является компонентом N-P-N. (И наоборот, для PNP.)

(Если вы срезаете основание транзистора тонким листом металла, он перестанет работать.)

ответил Oskar Skog 5 MarpmSun, 05 Mar 2017 20:52:55 +03002017-03-05T20:52:55+03:0008 2017, 20:52:55

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132