Mengapa dua dioda yang terhubung seri tidak dapat berfungsi sebagai BJT?

Bentuk lain dari pertanyaan adalah: akan bergabung dengan dua dioda dengan kabel (pn-np) membuat transistor-setara?

Saya membaca bahwa mereka tidak setara, tetapi mengapa?

Banyak orang berpikir bahwa jawaban untuk pertanyaan ini terkait dengan lebar daerah Base pada transistor BJT - itu tidak benar. Jawabannya cukup panjang. Anda dapat membaca mulai dari bagian "Pertanyaan rumit" jika Anda ingin intinya.

Saya percaya bahwa Anda dituntun untuk menanyakan pertanyaan ini karena sesuatu seperti gambar ini:

Ini adalah praktik standar mengajarkan dasar-dasar BJT, tetapi dapat membingungkan seseorang yang tidak akrab dengan teori semikonduktor secara terperinci.

Untuk menjawab pertanyaan Anda pada tingkat yang dapat diterima, saya perlu berasumsi bahwa Anda terbiasa dengan prinsip-prinsip operasi dioda PN. Referensi ini berisi diskusi rinci tentang persimpangan PN.

Jawabannya menyangkut transistor NPN, tetapi juga berlaku untuk transistor PNP setelah perubahan polaritas yang sesuai.

NPN dalam mode operasi aktif-maju:

Mode operasi transistor BJT yang paling "berguna" disebut "aktif-maju":

NPN dalam mode aktif-maju ketika:

• $V_{BE}\approx 0.6V$
• $V_{CB}>0$

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

Perhatikan bahwa lubang yang disuntikkan ke Emitter disuplai dari elektroda Basis (Arus basis), sedangkan elektron yang disuntikkan ke dalam Basis disuplai dari elektroda Emitor (arus Emitor). Rasio antara arus ini adalah apa yang menjadikan BJT perangkat penguatan saat ini - arus kecil di terminal Base dapat menyebabkan arus yang jauh lebih tinggi di terminal Emitter. Amplifikasi arus konvensional didefinisikan sebagai rasio arus Kolektor-ke-Basis, tetapi rasio antara arus di atas yang memungkinkan penguatan arus apa pun.

$I_C$

Sekarang, jika semua elektron yang diinjeksi dari Emitter ini dapat berdifusi ke persimpangan Base-Collector yang bias balik tanpa terkena efek lain - sama sekali tidak penting sama sekali dengan lebar wilayah Base. Namun, ada rekombinasi yang terjadi di Base.

$I_{B2}$

Di atas berarti bahwa semakin banyak elektron bergabung kembali selama difusi melalui daerah Basis, semakin rendah gain transistor saat ini. Terserah pabrikan untuk meminimalkan rekombinasi untuk menyediakan transistor fungsional.

Ada banyak faktor yang mempengaruhi tingkat rekombinasi, tetapi salah satu yang paling penting adalah lebar Base. Jelas bahwa semakin luas Base, semakin banyak waktu yang dibutuhkan untuk menyuntikkan elektron untuk berdifusi melalui Base, semakin tinggi kemungkinan bahwa ia akan bertemu lubang dan bergabung kembali. Produsen cenderung membuat BJT dengan Base yang sangat pendek.

Jadi, mengapa dua dioda PN tidak dapat kembali berfungsi sebagai NPN tunggal:

Diskusi di atas menjelaskan mengapa Pangkalan harus pendek. PN dioda (biasanya) tidak memiliki daerah pendek ini, oleh karena itu tingkat rekombinasi akan sangat tinggi dan kenaikan saat ini akan mendekati kesatuan. Apa artinya ini? Ini berarti bahwa arus di terminal "Emitter" akan sama dengan arus di terminal "Base", dan arus di "Collector" akan menjadi nol:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dioda berfungsi sebagai perangkat mandiri, bukan BJT tunggal!

Pertanyaan rumit:

$p$

Pertanyaan ini lebih sulit dijawab karena jawaban langsung dari "tidak, Pangkalan BJT sangat pendek" tidak berlaku lagi.

Ternyata pendekatan ini tidak akan membuat dua dioda serupa dalam perilaku dengan satu transistor NPN. Alasannya adalah bahwa pada kontak logam dioda, di mana logam dan semikonduktor bersentuhan, semua elektron berlebihan "bergabung kembali" dengan "lubang" yang disediakan oleh kontak. Ini bukan rekombinasi biasa karena logam tidak memiliki lubang, tetapi perbedaan yang halus tidak begitu penting - begitu elektron memasuki logam, fungsi transistor tidak dapat dicapai.

Cara alternatif untuk memahami poin di atas adalah dengan menyadari bahwa dioda Collector-Base bias terbalik, tetapi masih melakukan arus tinggi. Mode operasi ini tidak dapat dicapai dengan dioda PN mandiri yang melakukan arus yang diabaikan dengan bias balik. Alasan untuk pembatasan ini adalah sama - kelebihan elektron dari sisi P dari dioda bias maju tidak dapat disapu ke sisi P dari dioda bias balik melalui kawat logam dalam "konfigurasi dioda seperti BJT like". Sebagai gantinya, mereka disapu ke catu daya yang memberikan bias tegangan ke terminal umum dioda.

Ada pertanyaan lanjutan yang diminta untuk memberikan alasan yang lebih keras untuk dua paragraf di atas. Jawabannya menyangkut antarmuka logam-semikonduktor dan dapat ditemukan di sini .

Apa yang dimaksud di atas adalah bahwa diskusi tentang lebar daerah Base terkait dengan diskusi tentang keefektifan transistor BJT, dan sama sekali tidak relevan dengan diskusi dua dioda PN back-to-back sebagai pengganti untuk BJT.

Ringkasan:

Dua dioda PN back-to-back tidak dapat berfungsi sebagai BJT tunggal karena fungsionalitas transistor hanya memerlukan daerah basis semikonduktor. Setelah logam diperkenalkan di jalur ini (yang mewakili dua dioda back-to-back), tidak ada fungsi BJT yang mungkin.

Tidak. Dua dioda back to back BUKAN transistor. Properti khusus yang membuat sandwich PNP atau NPN menjadi transistor daripada hanya dua dioda adalah bahwa lapisan dasarnya sangat tipis. Dalam istilah fisika semikonduktor, tidak ada dua daerah penipisan terpisah di pangkalan. Daerah penipisan dari dua persimpangan tumpang tindih di pangkalan, yang diperlukan agar transistor memiliki sifat khusus.

Dari Wikipedia

Transistor dapat dianggap sebagai dua dioda (persimpangan P – N) yang berbagi wilayah umum yang dapat dilalui oleh pembawa minoritas. PNP BJT akan berfungsi seperti dua dioda yang berbagi wilayah katoda tipe-N, dan NPN seperti dua dioda yang berbagi wilayah anoda tipe-P. Menghubungkan dua dioda dengan kabel tidak akan membuat transistor, karena pembawa minoritas tidak akan bisa mendapatkan dari satu persimpangan P – N ke yang lain melalui kabel.

Pada dasarnya, semikonduktor perlu dihubungkan secara langsung.

Mungkin ada baiknya memikirkan pertanyaan yang setara untuk tabung vakum. Mengapa dua tabung dioda back-to-back tidak bisa berfungsi sebagai triode? Jawabannya adalah agar sebuah triode berfungsi dengan baik, sebagian besar elektron yang dipancarkan oleh katoda harus melewati mesh grid untuk mencapai anoda. Jika Anda menghubungkan dua tabung dioda bersama-sama dan menyebut tautan di antara mereka sebuah kisi, atau jika Anda membuat kisi-kisi triode menjadi sepotong solid foil daripada kisi, maka semua elektron akan membuatnya sejauh kisi dan berhenti di sana, mengalir keluar ke pasokan grid bukannya dipancarkan kembali untuk sampai ke anoda. Untuk operasi triode yang benar, harus ada peluang momentum elektron untuk membawanya menembus grid, didorong oleh lebih dari sekadar potensi antara grid dan anoda.

Efek fisik yang dimainkan dalam transistor semikonduktor berbeda, tetapi gagasan mendasar bahwa arus harus dapat mem-bypass kabel yang seharusnya menghisapnya di tengah tetap sama.

Ini adalah versi yang sangat berkurang dari jawaban yang sudah diterima.

Logam memiliki sifat yang berbeda dari semikonduktor, sehingga tidak akan menyatukan dua N menjadi satu N. tunggal. Dua dioda akan menjadi komponen PN-logam-NP yang bukan merupakan komponen NPN. (Begitu juga sebaliknya untuk PNP.)

(Jika Anda mengiris basis transistor dengan lembaran logam tipis, itu akan berhenti bekerja.)

BJT bergantung pada prinsip difusi (pembawa biaya minoritas).

Ini hanya berfungsi jika ketebalan alas berada dalam urutan panjang difusi .

Ini tidak dapat dicapai dengan menghubungkan dua dioda diskrit.

Tidak, karena untuk membuat transistor hanya perlu lapisan tipis antara emitor dan kolektor tetapi jika Anda menghubungkan 2 kembali ke belakang dioda akan memberikan lapisan tebal yang akan sulit bagi elektron untuk menembus

Pada dasarnya, salah satu dioda akan dimatikan karena perbedaan tegangan di basis-emitor atau kolektor (0,7 dalam konfigurasi apa pun). Pendekatan yang lebih dekat akan menjadi zener dan dua dioda tetapi masih tidak akan berfungsi sebagai transistor atau apapun yang bermanfaat. Saya tidak bisa menjelaskannya, tetapi jawabannya dapat ditemukan dalam memahami cara menghilangkan penurunan tegangan dioda , sesuatu yang jarang ditemukan dalam buku tetapi sangat penting. Sekarang coba bayangkan baterai 0,7V paralel dengan dioda yang terhubung ke sinyal maka akan melakukan mulai dari 0 dan akan runtuh pada 0 (bukan tipikal -0,7). Yah, ada lebih dari itu, tetapi saya hanya mencoba menunjukkan Anda di suatu tempat.