दो श्रृंखला से जुड़े डायोड BJT के रूप में कार्य क्यों नहीं कर सकते हैं?

Question

प्रश्न का एक और रूप है: तारों (pn-np) के साथ दो डायोड को जोड़ने से एक ट्रांजिस्टर-समतुल्य बनता है?

मैंने पढ़ा कि वे समान नहीं हैं, लेकिन क्यों?

Comments

एक बात के लिए, छेद धातु के तारों के माध्यम से नहीं जाएंगे।

— दिमित्री ग्रिगोरीव

Answer 1

बहुत से लोग सोचते हैं कि इस प्रश्न का उत्तर BJT ट्रांजिस्टर में बेस क्षेत्र की चौड़ाई से संबंधित है - यह गलत है। जवाब काफी लंबा मिला। यदि आप नीचे की पंक्ति चाहते हैं तो आप "ट्रिकी प्रश्न" खंड से शुरू कर सकते हैं।

मुझे विश्वास है कि आप इस प्रश्न को इस चित्र जैसी किसी चीज़ के कारण पूछने के लिए नेतृत्व कर रहे थे:

यह BJT की मूल बातें सिखाने का एक मानक अभ्यास है, लेकिन यह किसी व्यक्ति को विवरण में अर्धचालक के सिद्धांत से परिचित नहीं कर सकता है।

स्वीकार्य स्तर पर आपके प्रश्न का उत्तर देने के लिए, मुझे यह मानने की आवश्यकता है कि आप पीएन डायोड के संचालन के सिद्धांतों से परिचित हैं। इस संदर्भ में पीएन जंक्शनों की विस्तृत चर्चा है।

उत्तर एनपीएन ट्रांजिस्टर की चिंता करता है, लेकिन यह ध्रुवीयताओं के उचित परिवर्तन के बाद पीएनपी ट्रांजिस्टर पर भी लागू होता है।

ऑपरेशन के आगे-सक्रिय मोड में एनपीएन:

BJT ट्रांजिस्टर के संचालन के सबसे "उपयोगी" मोड को "फॉरवर्ड-एक्टिव" कहा जाता है:

NPN आगे-सक्रिय मोड में है जब:

• बेस-एमिटर जंक्शन पक्षपाती है (आमतौर पर )$V_{BE}\approx 0.6V$
• बेस-कलेक्टर जंक्शन रिवर्स बायस्ड ( ) है$V_{CB}>0$

बेस-एमिटर जंक्शन के आगे बायस्ड होने के कारण, एमिटर से बेस ( ऊपर की छवि में ) पर इलेक्ट्रॉनों का एक इंजेक्शन होता है , और बेस से एमिटर ( तक के एक साथ इंजेक्शन। ऊपर की छवि में)। एमिटर क्षेत्र ( ) बेस क्षेत्र ( ) की तुलना में बहुत अधिक भारी है , इसलिए बेस में इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों के कारण करंट एमिटर में इंजेक्ट होने के कारण वर्तमान की तुलना में बहुत अधिक है। I B 1 = I E p n + +$I_{E_n}$$I_{B1}=I_{E_p}$$n^{++}$$p$

ध्यान दें कि एमिटर में इंजेक्ट किए गए छेद को बेस इलेक्ट्रोड (बेस करंट) से आपूर्ति की जाती है, जबकि बेस में इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों को एमिटर इलेक्ट्रोड (एमिटर करंट) से आपूर्ति की जाती है। इन धाराओं के बीच का अनुपात BJT को एक मौजूदा प्रवर्धक उपकरण बनाता है - बेस टर्मिनल पर छोटा करंट एमिटर टर्मिनल पर बहुत अधिक करंट पैदा कर सकता है। पारंपरिक वर्तमान प्रवर्धन को कलेक्टर-से-बेस धाराओं अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है, लेकिन यह उपरोक्त धाराओं के बीच का अनुपात है जो किसी भी वर्तमान प्रवर्धन को संभव बनाता है।

एमिटर से भारी मात्रा में इलेक्ट्रॉनों के इंजेक्शन के कारण, इलेक्ट्रॉन्स बेस से बेस-कलेक्टर-रिवर्स बायस्ड जंक्शन तक फैलते हैं। एक बार जब कोई इलेक्ट्रॉन वहां पहुंचता है, तो यह कलेक्टर-बेस रिक्तीकरण क्षेत्र में बह जाता है और कलेक्टर में इंजेक्ट किया जाता है और इस तरह कलेक्टर के वर्तमान ( ऊपर की छवि में में योगदान देता है ।$I_C$

अब, यदि इन सभी इलेक्ट्रॉनों को एमिटर से इंजेक्ट किया जाता है, तो अन्य प्रभावों के अधीन होने के बिना रिवर्स बायस्ड बेस-कलेक्टर जंक्शन तक फैल सकता है - बेस क्षेत्र की चौड़ाई के लिए कोई महत्व नहीं था। हालांकि, बेस में पुनर्संयोजन चल रहा है।

पुनर्संयोजन प्रक्रिया में इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों को छेद मिलते हैं और एक दूसरे को "बेअसर" करते हैं। इंजेक्ट किया गया इलेक्ट्रॉन इस प्रक्रिया में "खो गया" है और कलेक्टर टर्मिनल पर वर्तमान में योगदान नहीं करेगा। लेकिन प्रतीक्षा करें, चार्ज संरक्षण की आवश्यकता है कि जो छेद इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन के साथ पुनर्संयोजित होता है, वह कहीं और से आपूर्ति किया जाएगा? यह पता चला है कि पुनः संयोजक छेद को बेस टर्मिनल ( ऊपर की छवि में से भी आपूर्ति की जाती है ) इस प्रकार बेस का करंट बढ़ जाता है और एमिटर-टू-बेस करंट अनुपात (जो ट्रांजिस्टर के वर्तमान लाभ का प्रतिनिधित्व करता है, याद रखना?) को कम करता है।$I_{B2}$

उपरोक्त का अर्थ है कि बेस क्षेत्र के माध्यम से प्रसार के दौरान अधिक इलेक्ट्रॉनों की पुनर्संयोजन होती है, ट्रांजिस्टर का वर्तमान लाभ कम होता है। कार्यात्मक ट्रांजिस्टर प्रदान करने के लिए पुनर्संयोजन को कम करना निर्माता पर निर्भर है।

कई कारक हैं जो पुनर्संयोजन दरों को प्रभावित करते हैं, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण में से एक आधार की चौड़ाई है। यह स्पष्ट है कि बेस जितना व्यापक होगा, बेस के माध्यम से फैलने के लिए जितना अधिक समय उसे इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन में लगेगा, उतने अधिक होने की संभावना है कि वह एक छेद और पुनर्संयोजन को पूरा करेगा। निर्माता बहुत ही कम बेस के साथ BJT बनाने के लिए करते हैं।

तो, दो पीएन डायोड्स बैक टू बैक फंक्शन एक एनपीएन के रूप में क्यों नहीं कर सकते हैं:

उपरोक्त चर्चा में बताया गया है कि आधार छोटा क्यों होना चाहिए। पीएन डायोड (आमतौर पर) में यह छोटे क्षेत्र नहीं होते हैं, इसलिए पुनर्संयोजन दर बहुत अधिक होगी और वर्तमान लाभ लगभग एकता होगा। इसका क्या मतलब है? इसका अर्थ है कि "एमिटर" टर्मिनल पर वर्तमान "बेस" टर्मिनल के बराबर होगा, और "कलेक्टर" पर वर्तमान शून्य होगा:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

डायोड स्टैंडअलोन उपकरणों के रूप में कार्य कर रहे हैं, एक भी BJT नहीं!

टेढ़ा प्रश्न:

सटीकता के विभिन्न डिग्री के लिए, कई लोग आपके प्रारंभिक प्रश्न का उत्तर दे सकते हैं जैसा मैंने किया। हालांकि, अधिक दिलचस्प सवाल यह है: यदि हम दोनों डायोड के पक्षों को बहुत छोटा बनाते हैं , जैसे कि उनकी चौड़ाई का योग एनपीएन ट्रांजिस्टर के बेस क्षेत्र से अधिक व्यापक नहीं होगा, तो डायोड ट्रांजिस्टर के रूप में कार्य करेगा?$p$

इस प्रश्न का उत्तर देना अधिक कठिन है क्योंकि "नहीं, BJT का आधार बहुत कम है" का सीधा उत्तर अब लागू नहीं है।

यह पता चला है कि यह दृष्टिकोण एकल एनपीएन ट्रांजिस्टर के व्यवहार में समान दो डायोड नहीं बनाएगा। कारण यह है कि डायोड के धातु संपर्क में, जहां धातु और अर्धचालक संपर्क में हैं, सभी अत्यधिक इलेक्ट्रॉनों के संपर्क द्वारा आपूर्ति की गई "छेद" के साथ "पुनः संयोजक"। यह सामान्य पुनर्संयोजन नहीं है क्योंकि धातु में छेद नहीं होते हैं, लेकिन ठीक अंतर यह महत्वपूर्ण नहीं है - एक बार जब इलेक्ट्रॉन धातु में प्रवेश करते हैं, तो कोई ट्रांजिस्टर कार्यक्षमता प्राप्त नहीं की जा सकती है।

उपरोक्त बिंदु को समझने का वैकल्पिक तरीका यह है कि कलेक्टर-बेस डायोड रिवर्स बायस्ड है, लेकिन फिर भी उच्च धारा का संचालन कर रहा है। ऑपरेशन के इस मोड को स्टैंडअलोन पीएन डायोड के साथ प्राप्त नहीं किया जा सकता है जो रिवर्स पूर्वाग्रह के तहत एक नगण्य धाराओं का संचालन करते हैं। इस प्रतिबंध का कारण एक ही है - फॉरवर्ड बायस्ड डायोड के P की ओर से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को "BJT जैसे डायोड कॉन्फ़िगरेशन" में धातु के तार के माध्यम से रिवर्स बायस्ड डायोड के P साइड में नहीं घुमाया जा सकता है। इसके बजाय, वे डायोड के आम टर्मिनल को वोल्टेज पूर्वाग्रह प्रदान करने वाली बिजली की आपूर्ति के लिए बह गए हैं।

एक अनुवर्ती प्रश्न था जिसने उपरोक्त दो अनुच्छेदों के लिए अधिक कठोर तर्क प्रदान करने के लिए कहा। उत्तर धातु-अर्धचालक इंटरफेस की चिंता करता है और यहां पाया जा सकता है ।

उपरोक्त साधनों का मतलब यह है कि बेस क्षेत्र की चौड़ाई की चर्चा BJT ट्रांजिस्टर की प्रभावशीलता से संबंधित है, और BJT के विकल्प के रूप में दो बैक-टू-बैक PN डायोड की चर्चा के लिए पूरी तरह अप्रासंगिक है।

सारांश:

दो बैक-टू-बैक PN डायोड एक BJT के रूप में कार्य नहीं कर सकते क्योंकि ट्रांजिस्टर की कार्यक्षमता के लिए केवल आधार क्षेत्र अर्धचालक की आवश्यकता होती है। एक बार इस मार्ग में पेश किया गया धातु (जो दो बैक-टू-बैक डायोड का प्रतिनिधित्व करता है), कोई BJT कार्यक्षमता संभव नहीं है।

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मैंने इस अंतर के बारे में सोचा था कि ज्यामिति में से एक होने के नाते (मेरी समझ से, BJT आमतौर पर सममित नहीं होते हैं, लेकिन बीच में उत्सर्जक होता है, जो कलेक्टर द्वारा घिरा होता है जो कि आधार से घिरा होता है), लेकिन यह समझ में आता है कि ट्रांजिस्टर-ईश व्यवहार धातु में प्रवेश नहीं कर सकता है।

— सुपरकैट

@ मैस्विली एक महान जवाब के लिए धन्यवाद और मुझे सीधे डाल दिया। ऐसा लगता है, जैसा कि मैंने आपके स्पष्टीकरण को पढ़ा है, कि ट्रांजिस्टर कार्रवाई व्यापक ठिकानों पर हो सकती है लेकिन, बेस क्षेत्र प्रसार के दौरान पुनर्संयोजन के कारण वर्तमान लाभ कम हो जाता है और धातु को जोड़ने से ट्रांजिस्टर कार्रवाई पूरी तरह से बंद हो जाएगी। धन्यवाद +1

— एंडी उर्फ

धन्यवाद! मेरे लिए प्रमुख अंतर्दृष्टि यह थी: (ए) सीबी जंक्शन ईबी जंक्शन की तुलना में बहुत कमज़ोर है क्योंकि कलेक्टर के हल्के डोपिंग के कारण; (बी) यहां 2 प्रकार के वर्तमान हैं: 1) मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा चालित जैसा कि वे चाहते हैं; 2) छिद्र से छेद करने के लिए बाध्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा संचालित। ईबी पास होने के बाद मुक्त इलेक्ट्रॉनों को कमजोर सीबी जंक्शन को पारित करने में बहुत समस्या नहीं होती है।

— akhmed

Answer 2

नंबर दो बैक टू बैक डायोड नहीं एक ट्रांजिस्टर है। पीएनपी या एनपीएन सैंडविच को केवल दो डायोड के बजाय एक ट्रांजिस्टर बनाने वाली विशेष संपत्ति यह है कि आधार परत बहुत पतली है। सेमीकंडक्टर भौतिकी के संदर्भ में, आधार में दो अलग-अलग depletions क्षेत्र नहीं हैं। दो जंक्शनों से क्षय क्षेत्र आधार में ओवरलैप करते हैं, जो ट्रांजिस्टर के लिए अपने विशेष गुणों के लिए आवश्यक है।

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अभी भी यह नहीं समझाता है कि यह काम क्यों नहीं करता है।

— दही

@ कुरद: यह करता है, लेकिन जाहिर तौर पर उस स्तर पर नहीं जिसे आप जानना चाहते हैं। मैं आधार क्षेत्र में बेस करंट कैरियर का जवाब देने के साथ जवाब दे सकता था, लेकिन फिर आप पूछ सकते थे कि वाहक की आवश्यकता क्यों है, आदि हमें कहीं रुकना होगा। क्रूड प्रश्न का क्रूड उत्तर मिलता है।

— ओलिन लेथ्रोप

मुझे केवल "प्रसार" कीवर्ड याद आ रहा है, जो कि BJT में मूल सिद्धांत है, जो यह भी बताता है कि इसके लिए एक पतले आधार की आवश्यकता है (मेरा उत्तर देखें)।

— दही

सक्रिय मोड और संतृप्ति मोड में दो रिक्तीकरण क्षेत्र अलग-अलग हैं। एक्टिव ईबी जंक्शन में पक्षपाती है और सीबी जंक्शन रिवर्स बायस्ड है, संतृप्ति में दोनों जंक्शन आगे के पक्षपाती हैं और उनकी न्यूनतम सीमा पर हैं।

— प्लेसहोल्डर

Answer 3

विकिपीडिया से

ट्रांजिस्टर को एक सामान्य क्षेत्र को साझा करने वाले दो डायोड (पी-एन जंक्शन) के रूप में माना जा सकता है जो अल्पसंख्यक वाहक के माध्यम से आगे बढ़ सकते हैं। एक PNP BJT दो डायोड की तरह कार्य करेगा जो एक N- प्रकार कैथोड क्षेत्र को साझा करते हैं, और NPN जैसे दो डायोड P-प्रकार एनोड क्षेत्र साझा करते हैं। तारों के साथ दो डायोड को जोड़ने से एक ट्रांजिस्टर नहीं बनेगा, क्योंकि अल्पसंख्यक वाहक तार के माध्यम से एक पी-एन जंक्शन से दूसरे तक नहीं पहुंच पाएंगे।

मूल रूप से, अर्धचालक को सीधे जुड़ा होना चाहिए।

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अल्पसंख्यक शुल्क वाहक एक पीएन जंक्शन से दूसरे तार के माध्यम से क्यों नहीं जा पाएंगे?

— user23564

क्योंकि यह एक छोटे सेमी-कंडक्टर क्षेत्र के बजाय एक लंबा कंडक्टर है। ओलिन का जवाब इस पर विस्तृत है।

— 12

उत्तर सही है, लेकिन ओलिन का उत्तर गलत है। समस्या तार की लंबाई नहीं है (जिसे बहुत छोटा बनाया जा सकता है, फिर भी बीजेटी कार्यक्षमता प्राप्त नहीं कर सकता है), लेकिन अर्धचालक के विपरीत धातु की प्रकृति।

— वासिली

Answer 4

यह वैक्यूम ट्यूब के लिए समकक्ष प्रश्न के बारे में सोचने लायक हो सकता है। एक ट्रायोड के रूप में दो बैक-टू-बैक डायोड ट्यूब क्यों काम नहीं कर सकते हैं? इसका उत्तर यह है कि ट्रायोड को ठीक से काम करने के लिए, कैथोड द्वारा उत्सर्जित अधिकांश इलेक्ट्रॉनों को एनोड तक पहुंचने के लिए ग्रिड के जाल से गुजरना पड़ता है। यदि आप दो डायोड ट्यूबों को एक साथ जोड़ते हैं और उनके बीच की कड़ी को ग्रिड कहते हैं, या यदि आपने एक ग्रिड के बजाय पन्नी के ठोस चंक में एक ट्रायोड का ग्रिड बनाया है, तो सभी इलेक्ट्रॉन इसे ग्रिड के रूप में दूर तक बना देंगे और रोक देंगे वहां, एनोड पर जाने के लिए फिर से उत्सर्जित होने के बजाय ग्रिड आपूर्ति में निकास। ट्रायोड के सही संचालन के लिए इलेक्ट्रॉनों की गति के लिए उन्हें ग्रिड के माध्यम से सही ले जाने का अवसर होना चाहिए, जो ग्रिड और एनोड के बीच क्षमता से अधिक संचालित होता है।

अर्धचालक ट्रांजिस्टर में खेलने के भौतिक प्रभाव अलग-अलग होते हैं, लेकिन मौलिक विचार यह है कि करंट उस तार को बायपास करने में सक्षम होना चाहिए जो अन्यथा इसे बीच में ही चूस लेगा वही रहता है।

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द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की तुलना में JFETs के समान वैक्यूम ट्यूब नहीं हैं? एक ट्यूब में, गेट एक एनोड के रूप में कार्य करता है, और यदि ग्रिड वोल्टेज अधिक नकारात्मक हो जाता है, तो यह इलेक्ट्रॉनों को उनके प्रवाह को रोक देगा। एनोड और ग्रिड के बीच कोई डायोड नहीं है। यहाँ योजनाबद्ध ................................ (ए) ---> | --- (सी) होगा ) --- | <--- (जी), सामान्य बिंदु ग्रिड के बजाय कैथोड है।

— Oskar Skog

Answer 5

यह पहले से स्वीकार किए गए उत्तर का एक बहुत ही कम संस्करण है।

धातु में अर्धचालक की तुलना में विभिन्न गुण होते हैं, इसलिए यह दो एन को एक एन में एकीकृत नहीं करेगा। दो डायोड एक पीएन-मेटल-एनपी घटक होगा जो एनपीएन घटक नहीं है। (पीएनपी के लिए इसके विपरीत।)

(यदि आप धातु की एक पतली शीट के साथ एक ट्रांजिस्टर के आधार को टुकड़ा करते हैं, तो यह काम करना बंद कर देगा।)

Answer 6

एक BJT प्रसार के सिद्धांत पर निर्भर करता है (अल्पसंख्यक चार्ज वाहक का)।

यह केवल तभी काम करता है जब आधार की मोटाई प्रसार लंबाई के क्रम में होती है ।

यह दो असतत डायोड को जोड़कर पूरा नहीं किया जा सकता है।

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आपको जीवन भर प्रसार और अल्पसंख्यक वाहक के बीच परस्पर क्रिया का उल्लेख करना चाहिए।

— प्लेसहोल्डर

Answer 7

नहीं, क्योंकि ट्रांजिस्टर बनाने के लिए एमिटर और कलेक्टर के बीच केवल एक पतली परत की जरूरत होती है, लेकिन यदि आप 2 बैक टू बैक डायोड से जुड़ते हैं तो एक मोटी परत प्रदान करेंगे जो इलेक्ट्रॉनों के लिए घुसना मुश्किल होगा

Answer 8

मूल रूप से, बेस-एमिटर या कलेक्टर (किसी भी कॉन्फ़िगरेशन में 0.7) में वोल्टेज अंतर के कारण डायोड में से एक बंद हो जाएगा । एक निकट दृष्टिकोण एक जेनर और दो डायोड होगा लेकिन फिर भी ट्रांजिस्टर के रूप में कार्य नहीं करेगा और न ही कुछ उपयोगी होगा। मैं समझाने के लिए भयानक हूं, लेकिन इसका उत्तर यह समझने में पाया जा सकता है कि डायोड में वोल्टेज की गिरावट को कैसे खत्म किया जाए , किताबों में शायद ही कुछ पाया जाए, लेकिन यह बेहद महत्वपूर्ण है। अब एक सिग्नल से जुड़े डायोड के साथ एक 0.7V बैटरी की कल्पना करने की कोशिश करें, फिर यह 0 से शुरू होगा और 0 पर गिर जाएगा (विशिष्ट -0.7 नहीं)। खैर, इससे कहीं अधिक है, लेकिन मैं केवल आपको इंगित करने की कोशिश कर रहा हूं।