Tại sao hai điốt kết nối loạt không thể hoạt động như một BJT?

Một dạng khác của câu hỏi là: việc nối hai điốt với dây dẫn (pn-np) có tạo ra một bóng bán dẫn tương đương không?

Tôi đọc rằng chúng không tương đương, nhưng tại sao?

Nhiều người nghĩ rằng câu trả lời cho câu hỏi này có liên quan đến độ rộng của Vùng cơ sở trong các bóng bán dẫn BJT - không chính xác. Câu trả lời khá dài. Bạn có thể đọc bắt đầu từ phần "Câu hỏi khó" nếu bạn muốn dòng dưới cùng.

Tôi tin rằng bạn đã được dẫn đến để hỏi câu hỏi này do một cái gì đó giống như hình ảnh này:

Đây là một thực hành tiêu chuẩn của việc giảng dạy những điều cơ bản của BJT, nhưng nó có thể gây nhầm lẫn cho một người không quen thuộc với lý thuyết chất bán dẫn.

Để trả lời câu hỏi của bạn ở mức chấp nhận được, tôi cần giả định rằng bạn đã quen thuộc với các nguyên tắc hoạt động của diode PN. Tài liệu tham khảo này chứa một cuộc thảo luận chi tiết về các mối nối PN.

Câu trả lời liên quan đến bóng bán dẫn NPN, nhưng nó cũng áp dụng cho các bóng bán dẫn PNP sau khi thay đổi cực tính thích hợp.

NPN trong chế độ hoạt động chuyển tiếp:

Chế độ hoạt động "hữu ích" nhất của bóng bán dẫn BJT được gọi là "chuyển tiếp hoạt động":

NPN ở chế độ kích hoạt chuyển tiếp khi:

• $V_{BE}\approx 0.6V$
• $V_{CB}>0$

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

Lưu ý rằng các lỗ được bơm vào Emitter được cung cấp từ điện cực cơ sở (Dòng cơ sở), trong khi các electron được bơm vào Base được cung cấp từ điện cực Emitter (Dòng Emitter). Tỷ lệ giữa các dòng điện này là những gì làm cho BJT trở thành một thiết bị khuếch đại hiện tại - dòng điện nhỏ ở đầu cực cơ sở có thể gây ra dòng điện cao hơn nhiều ở đầu cực Emitter. Sự khuếch đại dòng điện thông thường được định nghĩa là tỷ lệ dòng Collector-Base, nhưng nó là tỷ lệ giữa các dòng trên, làm cho bất kỳ sự khuếch đại dòng điện nào đều có thể.

$I_C$

Bây giờ, nếu tất cả các điện tử được đưa vào từ Emitter có thể khuếch tán đến tiếp giáp Base-Collector sai lệch ngược mà không chịu các hiệu ứng khác - không có tầm quan trọng nào đối với chiều rộng của vùng Base. Tuy nhiên, có sự tái hợp đang diễn ra trong Căn cứ.

$I_{B2}$

Điều trên có nghĩa là càng nhiều electron kết hợp lại trong quá trình khuếch tán qua vùng Base, mức tăng hiện tại của bóng bán dẫn càng thấp. Tùy thuộc vào nhà sản xuất để giảm thiểu tái hợp để cung cấp một bóng bán dẫn chức năng.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ tái hợp, nhưng một trong những yếu tố quan trọng nhất là chiều rộng của Base. Rõ ràng là Base càng rộng thì càng mất nhiều thời gian để điện tử được tiêm để khuếch tán qua Base, khả năng nó sẽ gặp lỗ trống và tái tổ hợp càng cao. Các nhà sản xuất có xu hướng tạo ra các BJT với Base rất ngắn.

Vậy, tại sao hai điốt PN không thể hoạt động trở lại như một NPN duy nhất:

Các cuộc thảo luận ở trên đã giải thích tại sao Base phải ngắn. Điốt PN (thường) không có các vùng ngắn này, do đó tốc độ tái hợp sẽ rất cao và mức tăng hiện tại sẽ xấp xỉ nhau. Điều đó có nghĩa là gì? Điều đó có nghĩa là dòng điện tại thiết bị đầu cuối "Emitter" sẽ bằng với dòng điện tại thiết bị đầu cuối "Base" và dòng điện tại "Collector" sẽ bằng không:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Các điốt đang hoạt động như các thiết bị độc lập, không phải là một BJT!

Câu hỏi khó:

$p$

Câu hỏi này khó trả lời hơn vì câu trả lời đơn giản là "không, cơ sở của BJT rất ngắn" không còn được áp dụng nữa.

Nó chỉ ra rằng phương pháp này sẽ không tạo ra hai điốt tương tự như một bóng bán dẫn NPN. Lý do là tại tiếp xúc kim loại của diode, nơi tiếp xúc với kim loại và chất bán dẫn, tất cả các điện tử quá mức "kết hợp lại" với các "lỗ" được cung cấp bởi tiếp điểm. Nó không phải là sự tái hợp thông thường vì các kim loại không có lỗ, nhưng sự khác biệt tốt không quan trọng - một khi các electron vào kim loại, không thể đạt được chức năng bóng bán dẫn.

Cách khác để hiểu được điểm trên là nhận ra rằng diode Collector-Base bị phân cực ngược, nhưng vẫn dẫn dòng điện cao. Chế độ hoạt động này không thể đạt được với các điốt PN độc lập dẫn dòng điện không đáng kể dưới sự phân cực ngược. Lý do cho sự hạn chế này là như nhau - các electron thừa từ phía P của diode phân cực thuận không thể bị quét sang phía P của diode phân cực ngược thông qua dây kim loại trong "Cấu hình diode giống như BJT". Thay vào đó, chúng bị cuốn vào nguồn cung cấp điện áp phân cực cho đầu cực chung của điốt.

Có một câu hỏi tiếp theo được yêu cầu cung cấp một lý do chặt chẽ hơn cho hai đoạn văn trên. Câu trả lời liên quan đến giao diện bán dẫn kim loại và có thể tìm thấy ở đây .

Điều trên có nghĩa là việc thảo luận về độ rộng của Vùng cơ sở có liên quan đến thảo luận về hiệu quả của các bóng bán dẫn BJT và hoàn toàn không liên quan đến cuộc thảo luận về hai điốt PN back-back thay thế cho một BJT.

Tóm lược:

Hai điốt PN back-to-back không thể hoạt động như một BJT duy nhất vì chức năng của bóng bán dẫn chỉ yêu cầu vùng bán dẫn. Khi một kim loại được giới thiệu trong đường dẫn này (đó là những gì hai điốt quay lại đại diện), không có chức năng BJT nào có thể.

Không. Hai điốt trở lại KHÔNG phải là một bóng bán dẫn. Tính chất đặc biệt làm cho bánh sandwich PNP hoặc NPN trở thành bóng bán dẫn thay vì chỉ có hai điốt là lớp cơ sở rất mỏng. Trong thuật ngữ vật lý bán dẫn, không có hai vùng cạn kiệt riêng biệt trong cơ sở. Các vùng cạn kiệt từ hai điểm nối chồng lên nhau trong cơ sở, điều cần thiết để bóng bán dẫn có các thuộc tính đặc biệt của nó.

Từ Wikipedia

Các bóng bán dẫn có thể được coi là hai điốt (nút giao P P) chia sẻ một khu vực chung mà các tàu sân bay thiểu số có thể di chuyển qua. Một BJT PNP sẽ hoạt động giống như hai điốt có chung vùng cực âm loại N và NPN giống như hai điốt có chung vùng cực dương loại P. Kết nối hai điốt với dây sẽ không tạo ra bóng bán dẫn, vì các sóng mang thiểu số sẽ không thể đi từ một điểm nối P P N sang dây kia qua dây.

Về cơ bản, chất bán dẫn cần được kết nối trực tiếp.

Có thể đáng suy nghĩ về câu hỏi tương đương cho ống chân không. Tại sao hai ống diode back-to-back có thể hoạt động như một triode? Câu trả lời là để một triode hoạt động chính xác, hầu hết các electron được phát ra từ cực âm phải đi qua lưới của lưới để đến cực dương. Nếu bạn kết nối hai ống diode với nhau và gọi liên kết giữa chúng là một lưới hoặc nếu bạn tạo lưới của một triode thành một khối lá cứng thay vì lưới, thì tất cả các điện tử sẽ đi đến tận lưới và dừng lại ở đó, thoát ra khỏi nguồn cung cấp lưới thay vì được phát lại để đi đến cực dương. Để vận hành chính xác một triode, phải có cơ hội cho động lượng của các electron mang chúng qua lưới, được điều khiển bởi nhiều hơn là tiềm năng giữa lưới và cực dương.

Các hiệu ứng vật lý khi chơi trong một bóng bán dẫn là khác nhau, nhưng ý tưởng cơ bản là dòng điện phải có khả năng vượt qua dây dẫn mà nếu không nó sẽ hút nó ra ở giữa thì vẫn như cũ.

Đây là một phiên bản rất giảm của câu trả lời đã được chấp nhận.

Kim loại có các tính chất khác với chất bán dẫn, vì vậy nó sẽ không hợp nhất hai N thành một N. Hai điốt sẽ là thành phần NP-kim loại-NP không phải là thành phần NPN. (Ngược lại cho PNP.)

(Nếu bạn cắt cơ sở của một bóng bán dẫn bằng một tấm kim loại mỏng, nó sẽ ngừng hoạt động.)

Một BJT dựa trên nguyên tắc khuếch tán (của các hạt mang điện thiểu số).

Nó chỉ hoạt động nếu độ dày của đế theo thứ tự chiều dài khuếch tán .

Điều này không thể được thực hiện bằng cách kết nối hai điốt rời rạc.

Không, bởi vì để tạo ra một bóng bán dẫn chỉ cần một lớp mỏng giữa bộ phát và bộ thu nhưng nếu bạn kết nối 2 điốt trở lại sẽ cung cấp một lớp dày, rất khó để các electron xâm nhập

Về cơ bản, một trong các điốt sẽ tắt do sự chênh lệch điện áp trong bộ phát cơ sở hoặc bộ thu (0,7 trong bất kỳ cấu hình nào). Một cách tiếp cận gần hơn sẽ là một zener và hai điốt nhưng vẫn không hoạt động như một bóng bán dẫn cũng như không có gì hữu ích. Tôi rất khó để giải thích, nhưng câu trả lời có thể được tìm thấy trong cách hiểu cách loại bỏ điện áp rơi trên một diode , một điều hiếm khi được tìm thấy trong sách nhưng cực kỳ quan trọng. Bây giờ hãy thử tưởng tượng một pin 0,7V song song với một diode được kết nối với tín hiệu sau đó nó sẽ tiến hành bắt đầu từ 0 và sẽ sụp đổ ở 0 (không phải là -0,7). Chà, có nhiều hơn thế nhưng tôi chỉ cố gắng chỉ cho bạn một nơi nào đó.