Perché due diodi collegati in serie non possono fungere da BJT?

Un'altra forma della domanda è: unire due diodi con fili (pn-np) renderà un transistor equivalente?

Ho letto che non sono equivalenti, ma perché?

Molte persone pensano che la risposta a questa domanda sia correlata alla larghezza della regione di base nei transistor BJT: è errata. La risposta è stata abbastanza lunga. Puoi leggere a partire dalla sezione "Domande complicate" se vuoi la linea di fondo.

Credo che sei stato portato a porre questa domanda a causa di qualcosa di simile a questa immagine:

Questa è una pratica standard dell'insegnamento delle basi di BJT, ma può confondere qualcuno che non ha familiarità con la teoria dei semiconduttori nei dettagli.

Per rispondere alla tua domanda a un livello accettabile, devo presumere che tu abbia familiarità con i principi di funzionamento del diodo PN. Questo riferimento contiene una discussione dettagliata delle giunzioni PN.

La risposta riguarda il transistor NPN, ma si applica anche ai transistor PNP dopo un adeguato cambio di polarità.

NPN in modalità operativa attiva in avanti:

La modalità di funzionamento più "utile" del transistor BJT si chiama "forward-active":

NPN è in modalità forward forward quando:

• $V_{BE}\approx 0.6V$
• $V_{CB}>0$

$I_{E_n}$$I_{B1}=I_{E_p}$$n^{++}$$p$

Si noti che i fori iniettati nell'emettitore sono forniti dall'elettrodo di base (corrente di base), mentre gli elettroni iniettati nella base sono forniti dall'elettrodo di emissione (corrente dell'emettitore). Il rapporto tra queste correnti è ciò che rende BJT un dispositivo di amplificazione della corrente: una piccola corrente sul terminale di base può causare una corrente molto più elevata sul terminale di emettitore. L'amplificazione di corrente convenzionale è definita come rapporto delle correnti da collettore a base, ma è il rapporto tra le correnti di cui sopra che rende possibile qualsiasi amplificazione di corrente.

$I_C$

Ora, se tutti questi elettroni iniettati dall'emettitore potessero diffondersi alla giunzione base-collettore polarizzata inversa senza essere soggetti ad altri effetti, non vi sarebbe alcuna importanza per la larghezza della regione di base. Tuttavia, c'è una ricombinazione in corso nella Base.

$I_{B2}$

Quanto sopra indica che più elettroni si ricombinano durante la diffusione attraverso la regione Base, minore è il guadagno di corrente del transistor. Spetta al produttore ridurre al minimo la ricombinazione al fine di fornire un transistor funzionale.

Esistono molti fattori che influenzano i tassi di ricombinazione, ma uno dei più importanti è la larghezza di Base. È evidente che più ampia è la Base, maggiore sarà il tempo necessario all'elettrone iniettato per diffondersi attraverso la Base, maggiori saranno le possibilità che incontrerà un buco e si ricombinerà. I produttori tendono a produrre BJT con basi molto corte.

Quindi, perché due diodi PN back to back non possono funzionare come un singolo NPN:

La discussione di cui sopra ha spiegato perché Base deve essere breve. I diodi PN (di solito) non hanno queste regioni brevi, quindi il tasso di ricombinazione sarà molto alto e il guadagno attuale sarà approssimativamente unitario. Cosa significa questo? Significa che la corrente sul terminale "Emettitore" sarà uguale alla corrente sul terminale "Base", e la corrente sul "Collettore" sarà zero:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

I diodi funzionano come dispositivi autonomi, non un singolo BJT!

Domanda ingannevole:

$p$

A questa domanda è più difficile rispondere perché la risposta semplice di "no, la Base di BJT è molto breve" non è più applicabile.

Si scopre che questo approccio non renderà due diodi simili nel comportamento a un singolo transistor NPN. Il motivo è che al contatto metallico del diodo, in cui metallo e semiconduttore sono in contatto, tutti gli elettroni in eccesso si "ricombinano" con i "buchi" forniti dal contatto. Non è la solita ricombinazione poiché i metalli non hanno buchi, ma la distinzione sottile non è così importante - una volta che gli elettroni entrano nel metallo, non è possibile ottenere alcuna funzionalità a transistor.

Il modo alternativo di comprendere il punto precedente è rendersi conto che il diodo collettore-base è polarizzato al contrario, ma continua a condurre alta corrente. Questa modalità di funzionamento non può essere raggiunta con diodi PN indipendenti che conducono una corrente trascurabile con polarizzazione inversa. La ragione di questa restrizione è la stessa: gli elettroni in eccesso dal lato P del diodo polarizzato in avanti non possono essere spazzati al lato P del diodo polarizzato inverso attraverso il filo metallico in "BJT come la configurazione del diodo". Al contrario, vengono spinti verso l'alimentatore fornendo una polarizzazione di tensione al terminale comune dei diodi.

C'è stata una domanda di follow-up che ha chiesto di fornire un ragionamento più rigoroso per i due paragrafi precedenti. La risposta riguarda le interfacce metallo-semiconduttore e può essere trovata qui .

Ciò che significa sopra è che la discussione sull'ampiezza della regione di base è correlata alla discussione sull'efficacia dei transistor BJT ed è completamente irrilevante per la discussione di due diodi PN back-to-back in sostituzione di un BJT.

Sommario:

Due diodi PN back-to-back non possono funzionare come un singolo BJT perché la funzionalità del transistor richiede solo la regione Base a semiconduttore. Una volta introdotto un metallo in questo percorso (che rappresenta due diodi back-to-back), non è possibile alcuna funzionalità BJT.

No. Due diodi back to back NON sono un transistor. La proprietà speciale che rende un sandwich PNP o NPN un transistor anziché solo due diodi è che lo strato di base è molto sottile. In termini di fisica dei semiconduttori, non ci sono due regioni di esaurimento separate nella base. Le regioni di svuotamento delle due giunzioni si sovrappongono nella base, il che è necessario affinché il transistor abbia le sue proprietà speciali.

Da Wikipedia

I transistor possono essere pensati come due diodi (giunzioni P-N) che condividono una regione comune attraverso la quale i vettori di minoranza possono spostarsi. Un PNJ BJT funzionerà come due diodi che condividono una regione di catodo di tipo N e l'NPN come due diodi che condividono una regione di anodo di tipo P. Il collegamento di due diodi con fili non farà un transistor, poiché i portatori di minoranza non saranno in grado di passare da una giunzione P – N all'altra attraverso il filo.

Fondamentalmente, il semiconduttore deve essere collegato direttamente.

Potrebbe valere la pena pensare alla domanda equivalente per i tubi a vuoto. Perché due tubi a diodi back-to-back non funzionano come triodi? La risposta è che per un corretto funzionamento di un triodo, la maggior parte degli elettroni emessi dal catodo deve passare attraverso la rete della griglia per raggiungere l'anodo. Se si collegassero insieme due tubi a diodi e si chiamasse il collegamento tra loro una griglia, o se si trasformasse la griglia di un triodo in un blocco solido di lamina anziché in una griglia, allora tutti gli elettroni arriverebbero fino alla griglia e si fermerebbero lì, drenando nella rete invece di essere riemesso per raggiungere l'anodo. Per un corretto funzionamento di un triodo ci deve essere un'opportunità per il momento degli elettroni di portarli attraverso la griglia, spinti da più del potenziale tra la griglia e l'anodo.

Gli effetti fisici in gioco in un transistor a semiconduttore sono diversi, ma l'idea fondamentale che la corrente deve essere in grado di bypassare il filo che altrimenti lo risuclerebbe nel mezzo rimane invariata.

Questa è una versione molto ridotta della risposta già accettata.

Il metallo ha proprietà diverse rispetto al semiconduttore, quindi non unificherà le due N in un singolo N. I due diodi saranno un componente PN-metallo-NP che non è un componente NPN. (Viceversa per PNP.)

(Se tagli la base di un transistor con un sottile foglio di metallo, smetterà di funzionare.)

Un BJT si basa sul principio di diffusione (dei portatori di diritti di minoranza).

Funziona solo se lo spessore della base è nell'ordine della lunghezza di diffusione .

Ciò non può essere realizzato collegando due diodi discreti.

No, perché per realizzare un transistor è necessario solo uno strato sottile tra emettitore e collettore, ma se si collegano 2 diodi back to back fornirà uno strato spesso che sarà difficile per gli elettroni a penetrare

Fondamentalmente, uno dei diodi si spegnerà a causa della differenza di tensione nell'emettitore di base o nel collettore (0,7 in qualsiasi configurazione). Un approccio più vicino sarà uno zener e due diodi ma non funzionerà ancora come un transistor né nulla di utile. Sono terribile da spiegare, ma la risposta può essere trovata nella comprensione di come eliminare la caduta di tensione attraverso un diodo , qualcosa che raramente si trova nei libri ma estremamente importante. Ora prova a immaginare una batteria da 0,7 V in parallelo con un diodo collegato a un segnale, quindi condurrà a partire da 0 e collasserà a 0 (non il tipico -0,7). Bene, c'è di più, ma sto solo cercando di indicarti da qualche parte.