为什么两个串联二极管不能用作BJT？

问题的另一种形式是：将两个二极管与导线（pn-np）连接起来是否会使晶体管等效？

我读到它们并不等效，但是为什么呢？

许多人认为这个问题的答案与BJT晶体管的基极区宽度有关-这是不正确的。答案很长。如果需要底线，则可以从“棘手问题”部分开始阅读。

我相信您是由于以下图片而被问到这个问题的：

这是教授BJT基础知识的标准做法，但可能会使一些不熟悉半导体理论的人感到困惑。

为了以可接受的水平回答您的问题，我需要假定您熟悉PN二极管的工作原理。该参考资料包含有关PN结的详细讨论。

答案涉及NPN晶体管，但在适当改变极性后，它也适用于PNP晶体管。

NPN在前向主动操作模式下：

BJT晶体管最“有用”的操作模式称为“正向激活”：

在以下情况下，NPN处于前向活动模式：

• 基-射结被正向偏置（通常在）$V_{BE}\approx 0.6V$
• 基极-集电极结反向偏置（）$V_{CB}>0$

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

请注意，注入到发射极的空穴是由基极电极提供的（基极电流），而注入到发射极的电子是由发射极电极提供的（发射极电流）。这些电流之间的比率使BJT成为电流放大设备-基本端的小电流会导致发射极端的电流大得多。常规电流放大率定义为集电极与基极电流之比，但是正是上述电流之间的比值使得任何电流放大成为可能。

$I_C$

现在，如果从发射极注入的所有这些电子都可以扩散到反向偏置的基极-集电极结，而不会受到其他影响，那么基极区的宽度根本就不重要。但是，基地中正在进行重组。

$I_{B2}$

上面的意思是，在通过基极区扩散期间，有更多的电子复合，晶体管的电流增益越低。为了提供功能晶体管，由制造商决定最小化重组。

有许多因素影响重组率，但最重要的因素之一是碱基的宽度。显然，碱越宽，注入的电子通过碱扩散所需的时间越长，则遇到空穴并复合的机会就越大。制造商倾向于以很短的基础制造BJT。

因此，为什么两个PN二极管不能背靠背用作单个NPN：

上面的讨论解释了为什么Base必须简短。PN二极管（通常）没有这么短的区域，因此复合率将非常高，电流增益将大约为1。这是什么意思？这意味着“ Emitter”端子上的电流将等于“ Base”端子上的电流，而“ Collector”上的电流将为零：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

二极管充当独立设备，而不是单个BJT！

棘手的问题：

$p$

这个问题很难回答，因为“ BJT的基础很短”的直接答案不再适用。

事实证明，这种方法不会使两个二极管的行为类似于单个NPN晶体管。原因是在二极管与金属和半导体接触的金属触点处，所有多余的电子会与触点提供的“空穴”“复合”。由于金属没有空穴，所以这不是通常的重组，但是精细的区分并不重要-一旦电子进入金属，就无法实现晶体管的功能。

理解上述观点的另一种方法是认识到集电极-基极二极管是反向偏置的，但仍然导通高电流。使用独立的PN二极管无法实现这种工作模式，该PN二极管在反向偏置下传导的电流可以忽略不计。这种限制的原因是相同的-在“ BJT类二极管配置”下，来自正向偏置二极管P侧的多余电子不能通过金属线扫向反向偏置二极管P侧。取而代之的是，它们被扫向电源，为二极管的公共端提供电压偏置。

有一个后续问题，要求为以上两段提供更严格的推理。答案与金属-半导体界面有关，可以在这里找到。

上面的意思是对基极区宽度的讨论与对BJT晶体管有效性的讨论有关，与讨论两个背对背PN二极管替代BJT完全不相关。

摘要：

两个背靠背PN二极管不能用作单个BJT，因为晶体管的功能仅需要半导体基极区域。一旦在该路径中引入金属（这就是两个背对背二极管代表的金属），就不可能实现BJT功能。

不。两个背对背二极管不是晶体管。使PNP或NPN夹在一个晶体管而不是两个二极管之间的特殊特性是基极层非常薄。用半导体物理学的术语来说，基极中没有两个单独的耗尽区。来自两个结的耗尽区在基极中重叠，这对于晶体管具有其特殊特性是必不可少的。

来自维基百科

晶体管可以看作是两个二极管（PN结）共享一个公共区域，少数载流子可以穿过这些区域。PNP BJT的功能类似于共享N型阴极区域的两个二极管，而NPN的功能类似于共享P型阳极区域的两个二极管。用导线连接两个二极管不会构成晶体管，因为少数载流子将无法通过导线从一个PN结到达另一个PN结。

基本上，半导体需要直接连接。

真空管的等效问题可能值得考虑。为什么两个背对背二极管管不能用作三极管？答案是，为了使三极管正常工作，阴极发射的大多数电子必须穿过网格的网格才能到达阳极。如果将两个二极管管连接在一起，并将它们之间的链接称为栅格，或者将三极管的栅格变成箔状的固体块而不是栅格，那么所有电子将使其到达栅格并停止在那里，排入电网电源，而不是重新排放到阳极。为了使三极管正确工作，电子的动量必须有一个机会将其带动通过栅格，而不仅仅是由栅格和阳极之间的电势驱动。

半导体晶体管中发挥作用的物理效应是不同的，但是基本的思想是电流必须能够绕过导线，否则导线会在中间将其吸走。

这是已经接受的答案的简化版本。

金属具有与半导体不同的特性，因此不会将两个N统一为一个N。这两个二极管将是PN-metal-NP组件，而不是NPN组件。（对于PNP反之亦然。）

（如果用金属薄片切晶体管的基极，它将停止工作。）

BJT依赖于（少数电荷载流子）扩散的原理。

仅当基底的厚度在扩散长度的数量级时才起作用。

这不能通过连接两个分立二极管来实现。

否，因为制造晶体管仅需要在发射极和集电极之间形成一个薄层，但是如果将两个背对背连接，二极管将提供一个较厚的层，这将使电子难以穿透

基本上，由于基极-发射极或集电极之间的电压差（任何配置为0.7），其中一个二极管将关闭。更接近的方法将是一个齐纳二极管和两个二极管，但仍然不能用作晶体管，也没有任何用处。我很难解释，但是可以通过了解如何消除二极管两端的压降找到答案，这在书本上很少见，但非常重要。现在尝试想象一个0.7V的电池与一个连接到信号的二极管并联的情况，那么它将从0开始导电，并在0崩溃（不是典型的-0.7）。好吧，还有更多，但我只是想指出您的地方。