Dlaczego tranzystor nie miałby się przełączać?

Czytałem przykład z podręcznika. A dla tego obwodu powyżej autor twierdzi, że gdy R3 jest mniejszy niż 100 omów Q3 nie przełączy się. Nie mogłem zrozumieć „przyczyny”, dlaczego. Ale zweryfikowałem za pomocą LTSpice, że autor ma rację. Po prostu nie wyjaśnia przyczyny.

Jeśli powiedzmy, że R3 jest bliskie zeru, gdy Q2 jest włączony, dlaczego Q3 również się nie włącza?

Aby Q3 mogło się włączyć, spadek napięcia między jego bazą a emiterem musi wynosić około 0,6 V, co oznacza, że ​​to samo napięcie musi spadać na R3, co oznacza, że ​​prąd przepływający przez R3 musi wynosić co najmniej I3 = 0,6 V / R3 .

Gdy przez R3 przepływa mniej prądu, spadek napięcia na R3 jest mniejszy niż minimalny spadek napięcia Q3, a Q3 pozostanie wyłączony.

Dla R3 = 100 Ω wymagany prąd I3 wynosiłby 6 mA. Jednak w tym obwodzie prąd zarówno przez R3, jak i Q3 jest również ograniczony przez R2: prąd o wartości 6 mA spowodowałby spadek napięcia o 19,8 V w stosunku do R2, co nie jest możliwe przy zasilaniu 15 V.
Największy możliwy spadek napięcia nad R2 występuje, gdy Q2 jest nasycony i wynosi około 14 V, co daje maksymalny możliwy prąd około 14 V / 3,3 kΩ = 4,2 mA.

Tranzystory PNP włączają się, gdy jest wystarczająco duży. Gdy sprawisz, że R 3 będzie zbyt mały, napięcie na złączu EB tranzystora nie będzie wystarczające, aby się włączyć.$V_{EB}$$R_3$

$V_{EB}$$R_3$$R_2$$R_3$$Q_3$

Ponieważ jesteś zdezorientowany co do zachowania przy włączaniu Q3 w stosunku do R3, rozważ równoważny obwód składający się tylko z niezbędnego dzielnika rezystorowego (R3 i R2) i połączenia podstawy i emitera Q3:

Zmieniam tutaj R3 w czasie od 0 do 1 K. Dioda BE obraca się przy około 0,65 V, co odpowiada 150 omom dla R3. Można to łatwo zweryfikować jako 15 V * 150 / (3300 + 150) = 0,65 V.

Ponieważ prąd przez włączoną diodę ma wykładniczą zmienność z napięciem na niej (równanie Shockleya), a ponieważ prąd tutaj jest ograniczony przez R2, napięcie BE będzie w przybliżeniu stałe po włączeniu diody. Gdy złącze jest włączone, Vbe zmienia się logarytmicznie z prądem diody, który ma górną granicę (narzuconą przez R2) ... to znaczy niewiele. Zauważ, że krzywa V (BE) (czerwony ślad) ma ostrzejszy obrót niż prąd I (BE) (magenta) ... z powodu logarytmicznej relacji, jaką ma z prądem diody.

Zanim dioda się włączy, napięcie BE jest liniową funkcją R3, ponieważ jest to tylko dzielnik rezystancyjny z R2. Również I (R2) nie zmienia się bardzo dużo, nawet zanim dioda się włączy, ponieważ punkt włączenia wynosi tylko około R3 = 4,5% wartości R2. Ale na osobnym wykresie I (R2) [w dolnym okienku] widać, że to „jeszcze bardziej stałe” za punktem włączenia diody. W ten sposób weryfikuje się zwykłe założenie, że Vbe jest stałe (a zatem i ja (R2) tutaj), gdy złącze BE jest faktycznie włączone. Wcześniej nie ma ograniczeń co do tego, czym może być Vbe, jak widać; zależy to tylko od wartości R3, gdy dioda jest wyłączona.

Weź pod uwagę napięcie na diodzie i przepływający prąd. Poniżej znajdują się krzywe starej diody germanowej (1N34A) i diody krzemowej (1N914):

Skoncentruj się na diodzie krzemowej (1N914). Przy napięciu 0,6 V prąd wynosi około 0,6 mA. Teraz obniż to napięcie do 0,4 wolta. Prąd spada do 10 uA, a przy napięciu 0,2 V prąd wynosi około 100 nA.

Teraz złącze baza-emiter w BJT jest diodą skierowaną do przodu. Promieniowanie do przodu pochodzi z napięcia, które na nim przykładasz, i zwykle odbywa się to za pośrednictwem opornika naprężającego. W twoim obwodzie R2 i napięcie zasilające określają prąd, który może wspólnie przepływać do podstawy i do R3.

Kiedy R2 dostarcza przyzwoitą ilość prądu, większość z nich przepływa przez złącze podstawowego emitera, ponieważ jesteś na tej części krzywej diody, a ta część krzywej diody ma rezystancję dynamiczną, która jest znacznie mniejsza niż R3. W miarę obniżania się napięcia emiterów bazowych jego rezystancja dynamiczna rośnie, a R3 staje się „ścieżką”, do której przepływa większość prądu z R2.

Opór dynamiczny to niewielka zmiana przyłożonego napięcia podzielona przez zmianę prądu. Możesz spojrzeć na powyższy wykres diod i wybrać kilka punktów: -

• Przy 0,60 wolta prąd wynosi prawdopodobnie 600 uA
• Przy 0,62 wolta prąd wynosi około 1000 uA

Rezystancja dynamiczna wynosiłaby 20 mV / 200uA = 100 omów

• Przy 0,40 V prąd wynosi około 10 uA
• Przy 0,42 wolta prąd wynosi około 11 uA

Rezystancja dynamiczna wynosiłaby 20 mV / 1uA = 20 kiloomów.

Tak więc, gdy R3 obniża się, staje się bardziej dominujące, że podstawowe złącze emitera i gwałtownie prąd połączenia znika. Biorąc pod uwagę, że możemy przybliżać działanie tranzystora do urządzenia o wzmocnieniu prądowym, obniżenie R3 powyżej pewnego punktu oznacza gwałtownie spadający prąd kolektora, a w efekcie tranzystor jest uważany za wyłączony.

Tranzystor potrzebuje około 0,7 V VBE, aby rozpocząć przewodzenie. Ponieważ masz tam symulator, eksperymentuj z różnymi wartościami R2 / R3 i sprawdź napięcie wytworzone na R3 oraz to, czy tranzystor się włącza.

Co do dlaczego jest to 0.7V, trzeba fizyki półprzewodników!

Cóż, myślę, że udzielono wszystkich skomplikowanych odpowiedzi, ale dla moich dwóch centów: wszystko poniżej 150 omów „zwalnia” podstawę do połączenia emitera