Dlaczego Vbe jest stałą 0,7 dla tranzystora w aktywnym regionie?

Podam przykład prostego wspólnego wzmacniacza emitera . Na razie zapomnij o promowaniu i innych rzeczach, ale skup się na istocie tego obwodu. Jak rozumiem, napięcie między węzłem podstawowym a węzłem emitera jest zmienne, co jest ostatecznie wzmacniane przez tranzystor, powodując odwrócenie (wersja wzmocniona) oryginalnego sygnału w węźle kolektora.

W tej chwili pracuję nad książką; Sedra / Smith, Microelectronics.

W całym rozdziale pracuję przez, mówi, że w aktywnym regionie Vbe wyniesie 0.7V . To po prostu nie ma dla mnie sensu, w jaki sposób Vbe może pozostać stała, skoro sama jest zmienną wejściową dla stopnia wzmacniacza? Mogłoby to mieć dla mnie sens, gdybym patrzył na stopień CE z rezystorem emitera (zwyrodnienie emitera), w którym pozostałe napięcie mogłoby spaść na rezystor. Ale tak nie jest, więc oświeć mnie!

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Odwracanie równania prądu kolektora:

daje:

Na przykład let

Dzięki tym wartościom znajdź to

Teraz podwaj prąd kolektora i znajdź to

Zwiększenie prądu kolektora o 100% tylko zwiększyło napięcie emitera bazy o 2,45%

Tak więc, choć to nie prawda, że napięcie baza-emiter jest stała, to nie jest zły przybliżeniem uznać za stałe w stosunkowo szerokim zakresie prądu kolektora.

Vbe w krzemowym tranzystorze działa jak krzemowa dioda. Spadek napięcia przewodzenia, po przepuszczeniu pewnej ilości prądu, gwałtownie rośnie. Zwiększenie prądu powoduje nieznaczną różnicę Vf w tym punkcie.

Zauważ, że Vf jest inny dla diod germanu i tranzystorów, oczywiście.

Model Ebersa-Moll dla prądu emitera w tranzystorze bipolarnym to:

$I_e \approx I_{es} e^{\frac{V_{be}}{V_t}}$

$I_e$$V_t\ \approx 26mV$$V_{be}$$I_{es} = 10^{-12}$

Fabuła Ebersa-Moll

$V_{be}$

$V_{be}$$V_{be}$

$V_{be}$

$V_{be}$$V_{be}$

Poziom Fermiego to średnia energia ruchomych elektronów (lub dziur) w materiale półprzewodnikowym. Poziomy Fermiego wyrażone są w woltach elektronowych (eV) i mogą być postrzegane jako reprezentujące napięcie obserwowane przez elektrony.

Krzem wewnętrzny (i german) ma poziom Fermiego w połowie drogi między górną krawędzią pasma walencyjnego a dolną krawędzią pasma przewodzącego.

Kiedy dodajesz krzem do typu P, dodajesz wiele dziur. Teraz masz o wiele więcej dostępnych stanów nośnych w dolnej części pasma walencyjnego, a to popycha poziom Fermi w pobliżu krawędzi pasma walencyjnego. Podobnie, gdy dodajesz rodzaj N, dodajesz dużo elektronów, co tworzy znacznie bardziej dostępne stany nośnika w pobliżu pasma przewodzenia i przesuwa poziom Fermiego w górę blisko krawędzi pasma przewodzenia.

Dla poziomów domieszkowania typowo spotykanych w złączu baza-emiter różnica poziomów Fermiego między stronami P i N wynosi około 0,7 elektronowolta (eV). Oznacza to, że elektron przemieszczający się od N do P zrzuca 0,7 eV energii (w postaci fotonu: w tym miejscu diody elektroluminescencyjne dostają swoje światło: materiały i domieszkowanie dobiera się tak, aby różnica poziomów Fermiego na skrzyżowaniu powoduje powstanie fotonów o pożądanej długości fali, określonej przez równanie Plancka). Podobnie elektron przemieszczający się z P na N musi gdzieś wychwycić 0,7 eV.

Krótko mówiąc, Vbe jest w zasadzie tylko różnicą poziomów Fermiego po obu stronach skrzyżowania.

To jest materiał na półprzewodniki 101, ponieważ musisz to zrozumieć, zanim pójdziesz dalej. Fakt, że jest to 101, wcale NIE oznacza, że ​​jest on prosty lub łatwy: potrzeba dwóch semestrów rachunku różniczkowego, dwóch semestrów chemii, dwóch semestrów fizyki i semestru równań różniczkowych, aby ustalić warunki wstępne dla teorii półprzewodników klasa, która wyjaśnia wszystkie powyższe szczegóły.

$V_{BE} = 0.7V$

$V_{BE}$

Dobre pytanie. Często cytowany Vbe 0,7 V jest jedynie przybliżeniem. Jeśli zmierzysz Vbe tranzystora, który aktywnie wzmacnia, to pokaże Vbe 0,7 V lub mniej więcej na multimetrze, ale jeśli możesz powiększyć to 0,7, jak to możliwe za pomocą oscyloskopu, zobaczysz niewielkie różnice wokół niego , więc w każdej chwili może to być 0,6989 V lub 0,70021 V, ponieważ sygnał wejściowy, który znajduje się na tym odchyleniu - tym, którego chcesz wzmocnić - waha się wokół tego punktu odchylenia.

$v_{BE}$$v_{BE}$$v_{ce}$

$v_{BE}$$V_{BE}$$v_{BE}=V_{BE} + v_{be}$$V_{BE}$$0.7V$$v_{be}$

Twoje pytanie jest doskonałe.

Tranzystory, tylko w teorii, są całkowicie zamknięte dla dowolnego Ube <0,7 V i są całkowicie otwarte dla dowolnego Ube> = 0,7 V. W niektórych tranzystorach małej mocy ten wyidealizowany Ube może wynosić 0,6 V lub 0,65 V.

W praktyce Ube może wynosić od 0 V do 3 V nawet więcej w przypadku tranzystorów o dużej mocy. W praktyce tranzystory otwierają się nieznacznie dla dowolnego Ube> 0 i nadal zwiększają swoją otwartość wraz ze wzrostem Ube.

Jednak, jak wspomniano, zależność Lodu lub, lepiej mówiąc, Rce od Ube jest silnie nieliniowa po danym punkcie, a zatem wzrost Lodu nie prowadzi do ogromnego wzrostu Ube, ale tak jest.

Poniżej 0,7 V wzrost lodu może być nieco liniowy i zależy to od tranzystora.

Maksymalne Ube przy maksymalnym lodzie wynosi łatwo 2,5 V do 3 V w przypadku ogromnych tranzystorów mocy i lodu powyżej 25 A.

Jedno jest pewne: w aplikacjach analogowych zdecydowanie należy wziąć pod uwagę zależność Ice od Ube, głównie w przypadku tranzystorów o dużej mocy lub o wysokim prądzie.

Spójrz na 2N5302, który ma Ube = 3 V przy Ice = 30 A i Uce = 4 V.

Na końcu tego posta dowiesz się, jak obliczyć przyrost napięcia bipolarnego.

Przyjrzyjmy się tabeli prądu Vbe kontra Collector Current, w celu wyimaginowanego bipolarnego:

VBE Ic

0,4 1uA

0,458 10uA Uwaga 58mV więcej Vbe daje dokładnie 10X więcej prądu.

0,516 100uA

0,574 1mA

0,632 10 mA

0,690 100mA [tranzystor jest GORĄCY, więc prąd może uciekać i topić tranzystor (znane ryzyko z bipolarnymi stronniczymi przy stałym napięciu podstawowym)]

Tranzystor 0,748 1AMP jest GORĄCY

Tranzystor 0,806 10 A jest GORĄCY

Czy faktycznie możemy sterować tranzystorem bipolarnym o wartości prądu kolektora od 1uA do 10Amps? Tak, jeśli jest to tranzystor mocy. A przy wyższych prądach ta drobna tabela - pokazująca 58 miliwoltów więcej Vbe wytwarza 10 razy więcej prądu - traci dokładność, ponieważ masowy krzem ma rezystancję liniową, a wskaźniki krzywej to pokażą.

Co powiesz na zmiany mniejsze niż 58 mV? Vbe Ic 0,2 wolta 1nanoAmp (ok. 3 współczynniki 58mV poniżej 1uA przy 0,4v) 0,226 2,718 nanoAmp (0,026v fizyki daje E ^ 1 więcej I) 0,218 2,000 nanoAmp 0,236 4.000 nanoAmp 0,254 8000 nanoAmp (znajdziesz N * 18 mV napięcia odniesienia)

OK, wystarczy stolików. Pozwala zobaczyć tranzystor bipolarny podobny do lamp próżniowych lub MOSFETÓW ............... jako tranzystorów, w których zmiany napięcia wejściowego powodują zmiany prądu wyjściowego.

Dwubiegunowe są zabawne w użyciu, ponieważ znamy DOKŁADNIE transkonduktancję dla dowolnego bipolarnego, jeśli znamy prąd kolektora prądu stałego (to znaczy bez wejściowego sygnału AC).

W skrócie określamy to mianem „gM” lub „gm”, ponieważ w książkach danych lampy próżniowej wykorzystano zmienną „wzajemną transkonduktancję”, aby wyjaśnić, w jaki sposób napięcie sieciowe kontroluje prąd płytkowy. Możemy uhonorować Lee deForest, używając do tego gm.

Gm bipolarny, przy 25 stopniach Celsjusza i wiedząc, że kt / q wynosi 0,026 wolta, wynosi -------> Ic / 0,026, a jeśli prąd kolektora wynosi 0,026 ampera (26 miliamperów), gm ma 1 amp na wolt

Tak więc 1 miliwolt PP na podstawie powoduje prąd przemienny kolektora 1 milliAmp PP. Ignorując pewne zniekształcenia, które można przewidzieć za pomocą Taylora. Lub pisma Barry'ego Gilberta na temat IP2 i IP3 dla dwubiegunowych.

Załóżmy, że mamy rezystor 1Kohm z kolektora do +30 woltów, przenoszący 26mA. Vce ma 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 wolty, więc dwubiegunowy jest w obszarze „liniowym”. Jaki jest nasz zysk?

Wzmocnienie to gm * Rcollector lub 1 amp/volt * 1000 omów lub Av = 1000x.

Twoje pytanie brzmi:

w jaki sposób Vbe może pozostać stały, skoro sama jest zmienną wejściową dla stopnia wzmacniacza?

Łatwa odpowiedź brzmi: cóż, to nie jest:

1. $V_{BE}$
2. $V_{BE}$$I_b$

Ale teraz postaram się odpowiedzieć na to, co według mnie jest twoją prawdziwą wątpliwością. Myślę, że mieszasz koncepcję z analizy prądu stałego i analizy małego sygnału obwodu.

To, co nazywacie „zmienną wejściową”, ma w rzeczywistości komponent AC na komponencie DC:

$V_{BE}$

Myślę, że teraz możesz zobaczyć, skąd bierze się twoje zamieszanie. Nie martw się, to dość powszechne zamieszanie. Zawsze uważałem, że większość nauczycieli i książek nie robi dobrej roboty, tłumacząc, jak myśleć w kategoriach analizy prądu stałego w porównaniu z analizą małych sygnałów i które założenia należy zastosować w każdym z nich.

Podsumowując wszystko:

1. $V_{BE}$$V_{BE}$$I_b$

2. $R_c$$V_{cc}$$v_{BE}$$V_{BE}$

Uwaga: źródło powyższego diagramu można znaleźć tutaj .