两只二极管连接起来能代替一只三极管吗?

🏠 首页 《无线电》杂志 1979年 🔗 第6期 🔗 第27页 分类:答读者问 🔗 陈锦 🔗

我们知道晶体二极管是由一个PN结构成的,晶体三极管是由两个PN结构成的。有些初学者可能会问:如果把两个二极管按图1(a)所示背对背地连接起来,能代替三极管吗?回答是不能代替。这是为什么呢?要讲清这个问题,必须先谈一下三极管的结构和了解一下管中电流是怎样流通的。

下面以NPN型的晶体三极管为例,它的结构见图1(b),它由两个PN结(发射结J\(_{e}\)、集电结Jc)组成。集电区、基区、发射区分别通过欧姆电极与外引线连接。

图1
图1 🔍原图 (897×495)

图2(a)是由NPN型三极管组成的放大电路的示意图。在外加电压U\(_{be}\)的作用下,发射结Je处于正向偏置,发射区的电子就源源不断地越过发射结J\(_{e}\)而进入基区,这就是发射极电流Ie(电子流动方向与电流方向正好相反)。我们用图3形象地来表示这一过程,图3中带“+”号的“小人”表示空穴;带“-”号的“小人”表示电子。在大量电子越过J\(_{e}\)后,P型的基区在靠近Je一侧的电子浓度便大为增加,而基区本身却因为是P型,所以电子浓度很低,这样J\(_{e}\)一侧高浓度的电子就要不断向低浓度的方向扩散,直至到达集电结Jc。此时J\(_{c}\)结在放大电路中由于集电极C接电源正极而处于反向偏置,所以电子一进入Jc结就被结内电场“扫入”集电区,这就构成了集电极电流I\(_{c}\)。然而从发射区来的电子并不是全部都能越过基区到达集电区的。这是因为基区是P型,在基区中有许多空穴(基区的多数载流子),所以当发射区来的电子流经过基区时,其中就有一部分会与这些空穴相遇而被复合掉(电子和空穴的结合叫“复合”),所谓基极电流Ib主要就是指这股复合电流,如图3所示。但是晶体三极管的基区很薄,仅仅几个微米,所以发射区的电子流经过基区时,只有很小一部分有机会和空穴复合掉,大部分还是到达了集电区。这样I\(_{c}\)比Ib大得多,I\(_{c}\)》Ib。所以基极电流有微小的变化能使集电极电流有较大的变化,这样就具有电流放大作用。很显然在晶体三极管中I\(_{e}\)、Ic、I\(_{b}\)是密切联系的,三者的关系是Ie=I\(_{b}\)+Ic。

图2
图2 🔍原图 (881×360)
图3
图3 🔍原图 (876×438)

晶体三极管的电流放大倍数在共发射极连接时为β=\(\frac{I}{_{c}}\)Ib。当I\(_{c}\)》Ib时晶体三极管才有足够大的β。

现在我们可以回到开始所提的问题上来了,图1(b)所示的三极管其中两个PN结是做在一个整体上,而图1(a)所示的两个PN结是通过欧姆电极K\(_{b1}\)、Kb2分别与半导体接触后再用导线连接起来(欧姆电极、外引线都是金属或合金材料制成),这样相当于在一个三极管的基区中加了金属屏蔽层。这就破坏了晶体三极管的放大机构。当这样的“三极管”接上电源电压后(如图4所示),尽管J\(_{e}\)结处于正向偏置,Jc结处于反向偏置,但是发射区的电子越过J\(_{e}\)到达P区后,在P区经复合变成空穴电流,在Kb2处又转换成金属导线中的电子电流,它直接经过欧姆电极和外引线回到电源U\(_{be}\)的正极,如图4中的电流I所示。这就是说,第一个二极管的电流对另一个二极管没有影响。两个二极管虽然用外引线连在一起,但在电路中它们仍然是相互独立,彼此无关的。因此,两只二极管背对背地连接起来不能代替一个三极管。(陈锦)

图4
图4 🔍原图 (573×315)