Por un lado, los agujeros no atraviesan los alambres de metal.
Dmitry Grigoryev
Respuestas:
60
Mucha gente piensa que la respuesta a esta pregunta está relacionada con el ancho de la región Base en los transistores BJT: es incorrecta. La respuesta se hizo bastante larga. Puede leer a partir de la sección "Preguntas difíciles" si desea obtener el resultado final.
Creo que fue llevado a hacer esta pregunta debido a algo como esta imagen:
Esta es una práctica estándar de enseñar los conceptos básicos de BJT, pero puede confundir a alguien que no esté familiarizado con la teoría de semiconductores en detalles.
Para responder a su pregunta a un nivel aceptable, debo asumir que está familiarizado con los principios de funcionamiento del diodo PN. Esta referencia contiene una discusión detallada de las uniones PN.
La respuesta se refiere al transistor NPN, pero también se aplica a los transistores PNP después del cambio apropiado de polaridades.
NPN en modo de operación de avance activo:
El modo de operación más "útil" del transistor BJT se llama "activo hacia adelante":
NPN está en modo activo hacia adelante cuando:
VB E≈ 0.6 V
VCsi> 0
yominorteyoB 1= Yomipagsnorte+ +p
Tenga en cuenta que los orificios inyectados en el emisor se suministran desde el electrodo base (corriente de base), mientras que los electrones inyectados en la base se suministran desde el electrodo emisor (corriente de emisor). La relación entre estas corrientes es lo que hace que BJT sea un dispositivo amplificador de corriente: una corriente pequeña en el terminal Base puede causar una corriente mucho mayor en el terminal Emitter. La amplificación de corriente convencional se define como la relación de corrientes de colector a base, pero es la relación entre las corrientes anteriores lo que hace posible cualquier amplificación de corriente.
IC
Ahora, si todos estos electrones inyectados desde el Emisor pudieran difundirse a la unión Base-Colector con polarización inversa sin estar sujetos a otros efectos, no habría importancia en absoluto para el ancho de la región Base. Sin embargo, hay recombinación en la Base.
IB2
Lo anterior significa que cuanto más electrones se recombinan durante la difusión a través de la región Base, menor es la ganancia de corriente del transistor. Depende del fabricante minimizar la recombinación para proporcionar un transistor funcional.
Hay muchos factores que afectan las tasas de recombinación, pero uno de los más importantes es el ancho de Base. Es evidente que cuanto más ancha es la Base, más tiempo tomará para que el electrón inyectado se difunda a través de la Base, mayor será la probabilidad de que se encuentre con un agujero y se recombine. Los fabricantes tienden a fabricar BJT con bases muy cortas.
Entonces, ¿por qué dos diodos PN no pueden funcionar como NPN?
La discusión anterior explica por qué Base debe ser corta. Los diodos PN (generalmente) no tienen estas regiones cortas, por lo tanto, la tasa de recombinación será muy alta y la ganancia actual será aproximadamente la unidad. ¿Qué significa esto? Significa que la corriente en el terminal "Emisor" será igual a la corriente en el terminal "Base", y la corriente en el "Colector" será cero:
Los diodos funcionan como dispositivos independientes, ¡ni un solo BJT!
Pregunta capciosa:
p
Esta pregunta es más difícil de responder porque la respuesta directa de "no, la base de BJT es muy corta" ya no es aplicable.
Resulta que este enfoque no hará que dos diodos tengan un comportamiento similar a un solo transistor NPN. La razón es que en el contacto metálico del diodo, donde el metal y el semiconductor están en contacto, todos los electrones excesivos se "recombinan" con los "agujeros" suministrados por el contacto. No es la recombinación habitual, ya que los metales no tienen agujeros, pero la distinción no es tan importante: una vez que los electrones ingresan al metal, no se puede lograr la funcionalidad del transistor.
La forma alternativa de comprender el punto anterior es darse cuenta de que el diodo de la base del colector tiene polarización inversa, pero aún conduce una alta corriente. Este modo de operación no se puede lograr con diodos PN independientes que conducen corrientes insignificantes bajo polarización inversa. La razón de esta restricción es la misma: el exceso de electrones del lado P del diodo polarizado hacia adelante no se puede barrer hacia el lado P del diodo polarizado inverso a través del cable de metal en "configuración de diodo tipo BJT". En cambio, son arrastrados a la fuente de alimentación proporcionando una polarización de voltaje al terminal común de los diodos.
Hubo una pregunta de seguimiento que pedía proporcionar un razonamiento más riguroso para los dos párrafos anteriores. La respuesta se refiere a las interfaces de semiconductores de metal y se puede encontrar aquí .
Lo que significa lo anterior es que la discusión sobre el ancho de la región Base está relacionada con la discusión sobre la efectividad de los transistores BJT, y es completamente irrelevante para la discusión de dos diodos PN consecutivos como un sustituto de un BJT.
Resumen:
Dos diodos PN consecutivos no pueden funcionar como un solo BJT porque la funcionalidad del transistor requiere solo una región base de semiconductores. Una vez que se introduce un metal en este camino (que es lo que representan dos diodos consecutivos), no es posible la funcionalidad BJT.
Pensé que la diferencia era de geometría (según tengo entendido, los BJT generalmente no son simétricos, sino que tienen el emisor en el medio, rodeado por el colector que a su vez está rodeado por la base), pero tiene sentido que El comportamiento transitorio no puede penetrar el metal.
supercat
1
@vasiliy gracias por una gran respuesta y por aclararme. Parece, mientras leo su explicación, que la acción del transistor puede ocurrir en bases más amplias, pero la ganancia actual se reduce debido a la recombinación durante la difusión de la región base y la adición de metal detendrá por completo la acción del transistor. Gracias +1
Andy aka
¡Gracias! Las ideas clave para mí fueron: (A) la unión CB es mucho más débil que la unión EB debido al dopaje más ligero del colector; (B) hay 2 tipos de corriente aquí: 1) impulsada por electrones libres que se mueven como lo desean; 2) impulsado por electrones unidos saltando de hoyo en hoyo. Los electrones libres no tienen muchos problemas para pasar la unión CB más débil una vez que pasan EB.
akhmed
20
No. Dos diodos consecutivos NO son transistores. La propiedad especial que hace que un sándwich PNP o NPN sea un transistor en lugar de solo dos diodos es que la capa base es muy delgada. En términos de física de semiconductores, no hay dos regiones de agotamiento separadas en la base. Las regiones de agotamiento de las dos uniones se superponen en la base, lo cual es necesario para que el transistor tenga sus propiedades especiales.
@Curd: Sí, pero aparentemente no en el nivel que quieres saber. Podría responder con los portadores de inyección de corriente base en la región base, pero luego podría preguntar por qué se necesitan los portadores, etc. Tenemos que parar en algún lado. Una pregunta cruda obtiene una respuesta cruda.
Olin Lathrop
55
Solo me falta la palabra clave "difusión", que es el principio básico en un BJT que también explica por qué requiere una base delgada (vea mi respuesta).
Cuajada
2
En modo activo y modo de saturación, las dos regiones de agotamiento están separadas. En la unión EB activa está polarizada hacia adelante y la unión CB está polarizada inversamente, en la saturación ambas uniones están polarizadas hacia adelante y están en su mínima extensión.
marcador de posición
7
De Wikipedia
Los transistores pueden considerarse como dos diodos (uniones P-N) que comparten una región común a través de la cual pueden moverse los operadores minoritarios. Un PNP BJT funcionará como dos diodos que comparten una región de cátodo de tipo N, y el NPN como dos diodos que comparten una región de ánodo de tipo P. Conectar dos diodos con cables no formará un transistor, ya que los portadores minoritarios no podrán pasar de una unión P-N a la otra a través del cable.
Básicamente, el semiconductor necesita estar conectado directamente.
¿Por qué las compañías de carga minoritarias no podrían pasar de un cruce PN a otro a través del cable?
user23564
Porque es un conductor largo en lugar de una pequeña región de semiconductores. La respuesta de Olin se expande en esto.
scld
3
La respuesta es correcta, pero la respuesta de Olin es incorrecta. El problema no es la longitud del cable (que puede hacerse muy corto, aún sin obtener una funcionalidad BJT), sino la naturaleza del metal en oposición al semiconductor.
Vasiliy
4
Puede valer la pena pensar en la pregunta equivalente para los tubos de vacío. ¿Por qué no pueden funcionar dos tubos de diodos consecutivos como un triodo? La respuesta es que para que un triodo funcione correctamente, la mayoría de los electrones emitidos por el cátodo tienen que pasar a través de la malla de la rejilla para llegar al ánodo. Si conectó dos tubos de diodos juntos y llamó al enlace entre ellos una rejilla, o si convirtió la rejilla de un triodo en un trozo sólido de papel de aluminio en lugar de una rejilla, entonces todos los electrones llegarían hasta la rejilla y se detendrían allí, drenando hacia el suministro de la red en lugar de ser reemitido para llegar al ánodo. Para el correcto funcionamiento de un triodo tiene que haber una oportunidad para que el impulso de los electrones los lleve a través de la red, impulsado por algo más que el potencial entre la red y el ánodo.
Los efectos físicos en el juego en un transistor semiconductor son diferentes, pero la idea fundamental de que la corriente debe ser capaz de evitar el cable que de otro modo lo absorbería en el medio sigue siendo la misma.
¿No son los tubos de vacío más similares a los JFET que a los transistores bipolares? En un tubo, la compuerta actúa como un ánodo, y si el voltaje de la red se vuelve más negativo, repelerá los electrones restringiendo su flujo. No hay diodo entre el ánodo y la red. El esquema aquí sería ................................ (A) ---> | --- (C ) --- | <--- (G), el punto común es el cátodo en lugar de la cuadrícula.
Oskar Skog
1
Esta es una versión muy reducida de la respuesta ya aceptada.
El metal tiene propiedades diferentes que el semiconductor, por lo que no unificará las dos N en un solo N. Los dos diodos serán un componente PN-metal-NP que no es un componente NPN. (Viceversa para PNP).
(Si corta la base de un transistor con una lámina delgada de metal, dejará de funcionar).
Debe mencionar la interacción entre la difusión y la vida útil del operador minoritario.
marcador de posición
0
No, porque para hacer un transistor solo necesita una capa delgada entre el emisor y el colector, pero si conecta 2 diodos de atrás hacia atrás proporcionará una capa gruesa que dificultará la penetración de los electrones.
Básicamente, uno de los diodos se apagará debido a la diferencia de voltaje en el emisor base o en el colector (0.7 en cualquier configuración). Un enfoque más cercano será un zener y dos diodos, pero aún así no funcionará como un transistor ni nada útil. Soy terrible de explicar, pero la respuesta se puede encontrar en la comprensión de cómo eliminar la caída de voltaje a través de un diodo , algo que rara vez se encuentra en los libros, pero extremadamente importante. Ahora intente imaginar una batería de 0.7V en paralelo con un diodo conectado a una señal, luego se conducirá desde 0 y colapsará en 0 (no el típico -0.7). Bueno, hay más que eso, pero solo estoy tratando de indicarte algo.
Respuestas:
Mucha gente piensa que la respuesta a esta pregunta está relacionada con el ancho de la región Base en los transistores BJT: es incorrecta. La respuesta se hizo bastante larga. Puede leer a partir de la sección "Preguntas difíciles" si desea obtener el resultado final.
Creo que fue llevado a hacer esta pregunta debido a algo como esta imagen:
Esta es una práctica estándar de enseñar los conceptos básicos de BJT, pero puede confundir a alguien que no esté familiarizado con la teoría de semiconductores en detalles.
Para responder a su pregunta a un nivel aceptable, debo asumir que está familiarizado con los principios de funcionamiento del diodo PN. Esta referencia contiene una discusión detallada de las uniones PN.
La respuesta se refiere al transistor NPN, pero también se aplica a los transistores PNP después del cambio apropiado de polaridades.
NPN en modo de operación de avance activo:
El modo de operación más "útil" del transistor BJT se llama "activo hacia adelante":
NPN está en modo activo hacia adelante cuando:
Tenga en cuenta que los orificios inyectados en el emisor se suministran desde el electrodo base (corriente de base), mientras que los electrones inyectados en la base se suministran desde el electrodo emisor (corriente de emisor). La relación entre estas corrientes es lo que hace que BJT sea un dispositivo amplificador de corriente: una corriente pequeña en el terminal Base puede causar una corriente mucho mayor en el terminal Emitter. La amplificación de corriente convencional se define como la relación de corrientes de colector a base, pero es la relación entre las corrientes anteriores lo que hace posible cualquier amplificación de corriente.
Ahora, si todos estos electrones inyectados desde el Emisor pudieran difundirse a la unión Base-Colector con polarización inversa sin estar sujetos a otros efectos, no habría importancia en absoluto para el ancho de la región Base. Sin embargo, hay recombinación en la Base.
Lo anterior significa que cuanto más electrones se recombinan durante la difusión a través de la región Base, menor es la ganancia de corriente del transistor. Depende del fabricante minimizar la recombinación para proporcionar un transistor funcional.
Hay muchos factores que afectan las tasas de recombinación, pero uno de los más importantes es el ancho de Base. Es evidente que cuanto más ancha es la Base, más tiempo tomará para que el electrón inyectado se difunda a través de la Base, mayor será la probabilidad de que se encuentre con un agujero y se recombine. Los fabricantes tienden a fabricar BJT con bases muy cortas.
Entonces, ¿por qué dos diodos PN no pueden funcionar como NPN?
La discusión anterior explica por qué Base debe ser corta. Los diodos PN (generalmente) no tienen estas regiones cortas, por lo tanto, la tasa de recombinación será muy alta y la ganancia actual será aproximadamente la unidad. ¿Qué significa esto? Significa que la corriente en el terminal "Emisor" será igual a la corriente en el terminal "Base", y la corriente en el "Colector" será cero:
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Los diodos funcionan como dispositivos independientes, ¡ni un solo BJT!
Pregunta capciosa:
Esta pregunta es más difícil de responder porque la respuesta directa de "no, la base de BJT es muy corta" ya no es aplicable.
Resulta que este enfoque no hará que dos diodos tengan un comportamiento similar a un solo transistor NPN. La razón es que en el contacto metálico del diodo, donde el metal y el semiconductor están en contacto, todos los electrones excesivos se "recombinan" con los "agujeros" suministrados por el contacto. No es la recombinación habitual, ya que los metales no tienen agujeros, pero la distinción no es tan importante: una vez que los electrones ingresan al metal, no se puede lograr la funcionalidad del transistor.
La forma alternativa de comprender el punto anterior es darse cuenta de que el diodo de la base del colector tiene polarización inversa, pero aún conduce una alta corriente. Este modo de operación no se puede lograr con diodos PN independientes que conducen corrientes insignificantes bajo polarización inversa. La razón de esta restricción es la misma: el exceso de electrones del lado P del diodo polarizado hacia adelante no se puede barrer hacia el lado P del diodo polarizado inverso a través del cable de metal en "configuración de diodo tipo BJT". En cambio, son arrastrados a la fuente de alimentación proporcionando una polarización de voltaje al terminal común de los diodos.
Hubo una pregunta de seguimiento que pedía proporcionar un razonamiento más riguroso para los dos párrafos anteriores. La respuesta se refiere a las interfaces de semiconductores de metal y se puede encontrar aquí .
Lo que significa lo anterior es que la discusión sobre el ancho de la región Base está relacionada con la discusión sobre la efectividad de los transistores BJT, y es completamente irrelevante para la discusión de dos diodos PN consecutivos como un sustituto de un BJT.
Resumen:
Dos diodos PN consecutivos no pueden funcionar como un solo BJT porque la funcionalidad del transistor requiere solo una región base de semiconductores. Una vez que se introduce un metal en este camino (que es lo que representan dos diodos consecutivos), no es posible la funcionalidad BJT.
fuente
No. Dos diodos consecutivos NO son transistores. La propiedad especial que hace que un sándwich PNP o NPN sea un transistor en lugar de solo dos diodos es que la capa base es muy delgada. En términos de física de semiconductores, no hay dos regiones de agotamiento separadas en la base. Las regiones de agotamiento de las dos uniones se superponen en la base, lo cual es necesario para que el transistor tenga sus propiedades especiales.
fuente
De Wikipedia
Básicamente, el semiconductor necesita estar conectado directamente.
fuente
Puede valer la pena pensar en la pregunta equivalente para los tubos de vacío. ¿Por qué no pueden funcionar dos tubos de diodos consecutivos como un triodo? La respuesta es que para que un triodo funcione correctamente, la mayoría de los electrones emitidos por el cátodo tienen que pasar a través de la malla de la rejilla para llegar al ánodo. Si conectó dos tubos de diodos juntos y llamó al enlace entre ellos una rejilla, o si convirtió la rejilla de un triodo en un trozo sólido de papel de aluminio en lugar de una rejilla, entonces todos los electrones llegarían hasta la rejilla y se detendrían allí, drenando hacia el suministro de la red en lugar de ser reemitido para llegar al ánodo. Para el correcto funcionamiento de un triodo tiene que haber una oportunidad para que el impulso de los electrones los lleve a través de la red, impulsado por algo más que el potencial entre la red y el ánodo.
Los efectos físicos en el juego en un transistor semiconductor son diferentes, pero la idea fundamental de que la corriente debe ser capaz de evitar el cable que de otro modo lo absorbería en el medio sigue siendo la misma.
fuente
Esta es una versión muy reducida de la respuesta ya aceptada.
El metal tiene propiedades diferentes que el semiconductor, por lo que no unificará las dos N en un solo N. Los dos diodos serán un componente PN-metal-NP que no es un componente NPN. (Viceversa para PNP).
(Si corta la base de un transistor con una lámina delgada de metal, dejará de funcionar).
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Un BJT se basa en el principio de difusión (de las compañías de carga minoritarias).
Funciona solo si el grosor de la base está en el orden de la longitud de difusión .
Esto no se puede lograr conectando dos diodos discretos.
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No, porque para hacer un transistor solo necesita una capa delgada entre el emisor y el colector, pero si conecta 2 diodos de atrás hacia atrás proporcionará una capa gruesa que dificultará la penetración de los electrones.
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Básicamente, uno de los diodos se apagará debido a la diferencia de voltaje en el emisor base o en el colector (0.7 en cualquier configuración). Un enfoque más cercano será un zener y dos diodos, pero aún así no funcionará como un transistor ni nada útil. Soy terrible de explicar, pero la respuesta se puede encontrar en la comprensión de cómo eliminar la caída de voltaje a través de un diodo , algo que rara vez se encuentra en los libros, pero extremadamente importante. Ahora intente imaginar una batería de 0.7V en paralelo con un diodo conectado a una señal, luego se conducirá desde 0 y colapsará en 0 (no el típico -0.7). Bueno, hay más que eso, pero solo estoy tratando de indicarte algo.
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