Perché un BJT è considerato "controllato dalla corrente"?


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Con i BJT, possiamo controllare la corrente di base usando Vin (dal diagramma). Perché i libri di testo affermano che i BJT sono controllati dalla corrente quando è ovvio che la modifica della tensione controlla la corrente attraverso il collettore?inserisci qui la descrizione dell'immagine


potresti per favore pubblicare il jpg come png e usare lo strumento immagine? O disegnare il circuito con lo strumento di modifica del circuito?
Picco di tensione

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Solo per complicare la tua vita, un BJT non è attualmente controllato. Vedi il set completo di equazioni del modello Ebers-Moll solo DC semplificate (iniezione, trasporto e ibrido-non lineare-pi): electronics.stackexchange.com/questions/252197/…
Jon


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buon dolore ... in circuiti come quelli raffigurati nel disegno, nessuno sta pensando ai modelli Ebers-Moll o Hybrid-pi. Praticamente devi fare AVLSI per occuparti di queste cose.
Vicatcu,

1
@Raj, rimuovi R1, e poi vedremo che l'interno di un BJT è effettivamente controllato da Vbe. Ma questo approccio progettuale è principalmente per i progetti di amplificatori diff discreti (come l'interno dei moderni amplificatori audio accoppiati a corrente continua). Invece possiamo ignorare la fisica BJT interna e far finta che Ib determini direttamente Ic , anche se in realtà non lo fa . Ciò evita anche di dover gestire qualsiasi funzione xfer non lineare prodotta dalle giunzioni dei diodi.
wbeaty,

Risposte:


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Nel circuito sopra Vin sta controllando la corrente che va alla base, non la caduta di tensione attraverso la base e l'emettitore del transistor stesso.

La caduta di tensione attraverso Vbe sarà sempre intorno a 0,7 V per Vin> 0,7; la tensione in eccesso verrà caduta attraverso l'R1.

Modificando Vin, stai effettivamente controllando la corrente che va alla base in base all'equazione:

ioB=(Vion-0.7V)/R1

4
Nitpick: la caduta di tensione attraverso Vbe sarà sempre intorno a qualunque cosa il foglio dati dica, che potrebbe essere di soli 0,3 V per alcuni BJT.
Dmitry Grigoryev il

4
Ciò che realmente accade è il seguente: R1 realizza - insieme al percorso dell'emettitore di base - un divisore di tensione. E la tensione del segnale Vin provoca una caduta di tensione corrispondente attraverso il percorso BE che controlla la corrente del collettore. Quindi, NON è la corrente di base Ib che determina Ic. È vero il contrario: Ib e Ic sono entrambi causati da Vbe.
Liv

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La prima frase è falsa e l'equazione data alla fine è un'approssimazione che ignora la dipendenza logaritmica di su I B . V B E = V T ln β I BVBEIB Quindi, mentre è vero cheVBEnon cambia di molto, non è vero cheVBEnon cambi affatto.
VBE=VTlnβIBIS
VBEVBE
Alfred Centauri,

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Non sono sicuro del motivo per cui questa risposta è la più votata. È una buona stima ma non risponde alla domanda dei PO sul perché (o perché no) sia attualmente controllato.
efox29,

1
@lvw si chiama una fonte corrente, che è ciò che mmize ha descritto. La corrente è fissa. Non è un divisore di tensione perché vbe non cambia in base a un cambiamento in vin, che è la definizione di un divisore di tensione.
Incendiario analogico,

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Preambolo

Cominciamo con una piccola digressione: cosa rende un generatore un generatore di corrente anziché un generatore di tensione? Guarda le caratteristiche del VI: quello con tensione prevalentemente costante (quasi orizzontale nel piano IV) sarà chiamato generatore di tensione, quello con corrente prevalentemente costante (quasi orizzontale nel piano VI) sarà chiamato generatore di corrente.

modello di un generatore di tensione

modello di un generatore di corrente

(Immagini tratte dal sito Web dei tutorial elettronici)

Questo perché l '"accento" è sulla quantità costante (la tensione o la corrente fornita - mentre l'altra quantità è variabile a seconda del carico e della conformità del generatore). (Nota 1)

In un dispositivo controllato, l'accento è sulla quantità variabile. Data la caratteristica di input esponenziale, che lascia Vbe quasi costante, è corrente che vorresti vedere come variabile di controllo. Questa è una conseguenza diretta della propagazione degli errori: quando si ha una funzione ripida, un piccolo errore nella quantità quasi costante x si trasformerà in un errore molto più grande nella quantità ampiamente variabile q (e viceversa).

propagazione degli errori con una funzione ripida

Immagine tratta da "Un'introduzione all'analisi degli errori", Taylor e distorta per adattarsi allo scopo

La linea di fondo è che è più facile distinguere tra 10 e 40 uA (rapporto da 1 a 4) piuttosto che separare 0,65 e 0,67 V (rapporto da 1 a 1,03). (Nota per le menti meno flessibili: come i valori più estremi che ho usato prima di questa modifica, questi sono valori inventati intesi a mostrare il contrasto tra un cambiamento percepibile in ciò che vuoi vedere come variabile di controllo - la corrente che entra nella base - e il debole cambiamento nella tensione tra base ed emettitore).

La cosa più semplice

Puoi capire perché questo si chiama controllo corrente spingendolo al limite adottando il modello più semplice per un BJT, come mostrato da Chua, Desoer e Kuh nei loro "Circuiti lineari e non lineari": nelle immagini seguenti tutti i diodi sono ideali ( la tensione di soglia è zero, così come la resistenza in serie; si tratta di circuiti perfettamente aperti quando polarizzati in modo inverso e corti perfetti se polarizzati in avanti).

il modello lineare a tratti più semplice per BJT

E0 aggiunge una tensione di soglia alla caratteristica di ingresso, mentre l'azione del transistor è espressa da ic = beta * ib. Si noti che generatore di corrente controllato in corrente. Ecco le caratteristiche di input e output corrispondenti

caratteristiche lineari a tratti più semplici per il BJT

Abbastanza semplice, vero? Puoi confrontarli con le caratteristiche effettive e vedere che le assomigliano, però. Per quanto sia semplice, questo è un modello legittimo e può essere utilizzato per modellare i circuiti in cui, modificando ib (non è possibile modificare Vbe in questo modello, poiché è fisso) si modifica il valore di Ic. Puoi vedere come puoi cambiare ib intersecando la caratteristica di input con la linea di carico di input

linea di carico nel circuito di ingresso

Modificando E1 (non parte del BJT) si modifica ib (parte del BJT). Quindi puoi trovare il valore di ic corrispondente a quel valore di ib, selezionare la caratteristica di uscita corrispondente e trovare la tensione per intersezione con la linea di carico di uscita.

linea di carico nel circuito di uscita

Qualcuno salterà al suo posto urlando " COSA? Stai usando la beta per progettare un amplificatore da mettere in produzione in tutto il mondo per applicazioni nucleari mission-critical? Inoltre, da dove pensi che provenga la beta? Inoltre, non sai quella beta può cambiare fino al millesimo di gazillions percento solo guardandolo? "

Il punto è che per un dato transistor hai un valore ragionevolmente definito di beta (puoi misurarlo in anticipo, quindi non importa se il lotto di produzione mostra una vergognosa dispersione) e se non vai troppo lontano, puoi ragionevolmente ignorare la sua variazione con gli altri parametri elettrici. Si noti che questo è un modello semplificato che non modella le variazioni di beta con temperatura, corrente o persino colore dei capelli; è un modello semplificato che cattura l'essenza dell'azione del transistor, in modo molto simile al "transistor man" a volte insultato di The Art of Electronics.

Riesci a trovare la frequenza di taglio del transistor da questo modello? No. Puoi spiegare l'effetto Early con questo modello? No. Potete spiegare la resistenza differenziale della giunzione BE con questo modello? No. Potete spiegare la produzione di coppie di cariche a causa delle radiazioni? No. Potete spiegare la quantizzazione del secondo campo e la flessione dello spaziotempo? No.

Questo significa che questo modello è completamente inutile? No. Il comportamento estremamente semplificato di questo modello mostra perché molti libri di testo affermano che i BJT sono attualmente controllati. L'attuale caratteristica di input assomiglia a quella linea verticale in cui è possibile variare solo ib, e non vbe, il cui valore è considerato fisso. (Ed è per questo che ho fatto quella digressione all'inizio di questa risposta).

Potresti voler confrontare il modello più semplice per un Mosfet: anche la pagina 151 di Chua ha quello.

caratteristiche MOSFET più semplici

Come puoi vedere, la corrente di gate è fissa (a zero per essere pedante), una condizione doppia rispetto a quella mostrata nel BJT: la caratteristica di ingresso VI è orizzontale. L'unico controllo che hai qui è tramite vgs. Questo significa che stiamo negando l'esistenza dell'effetto tunnel? No, questo è solo un modello. Un modello semplificato che, tra le altre cose, non considera il tunneling ma riesce comunque a dimostrare perché in un MOSFET si agisce sulla tensione gate-source.

Finora abbiamo visto come la relazione (semplificata) tra ib e ic possa essere vista come controllo di ic tramite ib, attraverso la beta. Ma possiamo anche usare l'alfa, perché no? Vorrei citare, letteralmente, un altro libro di testo che considera i dispositivi attualmente controllati dai BJT: "Fisica quantistica di atomo, molecole, solidi, nuclei e particelle 2e", di Eisberg e Resnick, p. 474 (a pagina 475 è mostrata una configurazione base comune):

L'idea di base dell'azione del transistor è che una corrente nel circuito dell'emettitore controlla una corrente nel circuito del collettore. Oltre il 90% della corrente attraverso l'emettitore, in modo che le correnti abbiano magnitudini simili. Ma la tensione attraverso il collettore base può essere molto maggiore di quella attraverso la connessione emettitore-base, perché la prima è polarizzata al contrario, quindi la potenza nel circuito del collettore può essere molto più grande della potenza assorbita nel circuito emettitore . Quindi il transistor funge da amplificatore di potenza.

Questi due signori ignorano il ruolo svolto dalla meccanica quantistica nella teoria dei solidi di banda? Non hanno sentito parlare delle statistiche quantistiche? Sanno addirittura cos'è un buco (per non parlare del tempco)? Avrebbero potuto dimenticare che l'applicazione di tensioni potrebbe modificare i profili di livello di energia attribuiti alle bande di valenza e conduzione? Io non la penso così. Hanno semplicemente scelto un modello più semplice per spiegare come si può interpretare la cosiddetta azione a transistor.

L'artista Bruno Munari una volta disse: " Complicare è semplice, semplificare è complicato ... Tutti sono in grado di complicare. Solo pochi possono semplificare ". Tra gli altri, Chua, Desoer, Kuh, Eisberg e Resnick hanno scelto di semplificare.

Chi gioca per primo, prima?

Ora, torniamo a (quasi) transistor reali. Questo è il primo carattere vbe che mi è venuto in mente dopo una ricerca di immagini di Google :

caratteristiche vbe-ib

Non so se è reale, ma sembra plausibile. La cosa da notare qui è che quando ib cambia notevolmente, con 100s di percentuali, vbe cambia di quantità relativamente piccole, solo una manciata di percentuali. Ciò è dovuto alla relazione esponenziale della giunzione BE. Supponiamo che tu voglia utilizzare questo BJT per produrre 10 mA in giorni dispari e 15 mA in giorni pari. Hai un laboratorio tedesco che misura la beta del particolare transistor in mano ed è uscito come 250 nell'intervallo di interesse. Supponiamo che tu abbia un generatore di corrente e tensione con una precisione del 10%.

Controllo corrente : puoi usare ic = beta ib per trovare il valore di ib che devi impostare. I valori nominali di 10 e 15 mA di ic richiedono valori nominali di 40 e 60 uA per ib. Data l'accuratezza del tuo attuale generatore, ti aspetterai di vedere i seguenti intervalli di corrente in ingresso e in uscita:

ib = 36-44 uA -> ic = 9-11 mA ib = 54-66 uA -> ic = 13,5-16,5 mA

Controllo della tensione : non credi nella beta, quindi devi specificare una tensione che crei un vbe di ... Sì, di cosa? Vai a leggerlo nel grafico sopra (ma poi dovrai accettare la terribile relazione ic = beta ib). Immagino che dovrai usare il modello Ebers-Moll per calcolare i valori con i valori desiderati per ic. Ma diciamo che abbiamo determinato che sono esattamente 0,65 e 0,67 V (proprio come ho usato un valore preciso per beta, sopra) Quando proviamo a impostare quei valori precisi, il nostro generatore accurato al 10% fabbricato in Cina fornirà i seguenti intervalli di tensione

0,585 - 0,715 V -> ritorno a Ebers-Moll, per calcolare ic, ... peccato che l'incertezza sarà esponenziata ...

0.603 - 0.737 V -> no, aspetta, prima di calcolare ...

... sembra che abbiamo già una sovrapposizione negli intervalli di tensione che stiamo fornendo: potremmo non essere in grado di distinguere i giorni pari da quelli dispari.

Immagino sia meglio ricorrere alla base corrente come mezzo per controllare la corrente del collettore.

Con il controllo corrente, anche se consento un errore del 10% sul valore misurato di beta, riesco ancora (a malapena, ma ancora) a distinguere i due intervalli di corrente (8.10-12.10 mA contro 12.15-18.15 mA) corrispondenti a dispari e giorni pari.

Con il controllo della tensione, se aggiungi un errore del 10% sul valore calcolato (o letto dal diagramma) della tensione (e sono generoso poiché quell'errore verrà amplificato), ti perdi già nell'incertezza. Questa è la teoria di base della propagazione degli errori.

Intervallo

Questo post richiede tempo, ne tornerò un altro per aggiungere qualcosa in più. Consentitemi di affrontare la questione della guerra religiosa alla quale potreste aver assistito. Di cosa si tratta?

I transistor sono dispositivi a stato solido il cui funzionamento interno deve essere spiegato usando le leggi della fisica quantistica. Data la struttura a banda dei livelli di energia dei portatori elettrici nei solidi, è naturale ricorrere a livelli di energia per rappresentare il funzionamento interno di questi dispositivi. Energia e potenziale sono strettamente correlati tra loro, quindi la maggior parte dei modelli tende ad esprimere quantità rilevanti in funzione del potenziale (differenza). Il motivo per cui ho scritto

Nota: la dipendenza da Vbe mostrata nel modello di Ebers-Moll non implica una relazione causa-effetto. È solo più semplice scrivere le equazioni in quel modo. Nessuno ti proibisce di usare le funzioni inverse.

è che anche la tensione e la corrente sono strettamente correlate: sono quantità accoppiate del tipo di flusso di sforzo, quindi in pratica non si può avere l'una senza l'altra. Tuttavia, è una questione delicata, e immagino che si debba considerare anche cosa significhi creare una differenza di tensione. Non è creato spostando le cariche (dalla reazione elettrochimica in una batteria, dall'interazione elettromagnetica in un generatore meccanico). Ho il sospetto che alla fine tutti i dispositivi siano sostanzialmente controllati dalla carica: muovi le cariche da qui a lì e ottieni un certo effetto.

Sospetto che i crociati del "controllo di tensione" stiano assumendo che la controparte del "controllo corrente" abbia appreso l'elettronica sui libri di Forrest Mims e non abbia mai visto un libro di fisica quantistica, stato solido o dispositivi a semiconduttore. Sembrano ignorare il significato del controllo della variabile quando la variabile si sceglie di impostare per attivare un controllo. Spero che la citazione di Eisberg & Resnick (due fisici "solidi" se mi permetti il ​​gioco di parole) mostrerà loro che non è così.


Nota (1) Le curve del generatore ideale sono proprio queste: l'ideale. Prova a immaginare una transizione da un generatore di tensione ideale a un generatore di corrente ideale che passa attraverso generatori di tensione buoni, medi e scadenti, quindi generatori di corrente scadenti, medi e buoni.


Nella tua nota, la prima frase è semplicemente falsa! Il modello di Ebers-Moll non "implica" qualcosa - al contrario, è in realtà una relazione causa-effetto. Consultare il documento di brevetto W. Shockleys. Hai ragione, puoi sempre creare funzioni inverse (sulla carta) - e allora? Pensi di poter scambiare causa ed effetto sulla carta? A proposito: hai mai progettato stadi transistor (perché stai citando alcune tensioni Vbe divertenti). Conoscete la degenerazione dell'emettitore (feedback VOLTAGE controllato in corrente)?
Liv

3
Ho inventato quei valori per esemplificare la differenza tra il tentativo di impostare valori ravvicinati tra Veeeeeery e Veeeeeeery e valori riconoscibili di Ib (ho anche aggiunto nel commento di modifica che volevo rendere tali valori più estremi). Non volevo perdere tempo a trovare valori plausibili, ma in seguito per coloro che non hanno abbastanza flessibilità mentale, aggiungerò una o due foto. Come ho scritto sopra: prova a controllare il BJT rimuovendo Rb e fornendo una tensione pura a Vbe. In bocca al lupo. (Oh, a proposito: il modello semplificato non può essere utilizzato anche per spiegare la tensione precoce.).
Sredni Vashtar,

Sembra che tu abbia trascurato la mia menzione della degenerazione dell'emettitore. Inoltre, ho parlato di fornire una "tensione pura" alla base? Dovresti cercare di essere onesto. Come hai menzionato l'effetto Early. Sei consapevole del fatto che la spiegazione di questo effetto spinge il controllo della tensione? Hai mai sentito parlare del tempco -2mV / K? Hai mai pensato al significato di questo valore?
Liv

1
Mi piace questo commento: la dipendenza da Vbe mostrata nel modello di Ebers-Moll non implica una relazione causa-effetto. È solo più semplice scrivere le equazioni in quel modo. Nessuno ti proibisce di usare le funzioni inverse
jbord39

2
@LvW quello che hai fatto è tecnicamente chiamato "mutatio controversiae". È una tecnica ben nota. Ti consiglio di rileggere il mio post con maggiore attenzione, in particolare la citazione di Munari. A proposito, per quanto riguarda il circuito nella domanda (non un altro, quello nella domanda), non hai ancora detto quali valori di vbe imposti per produrre 10 e 15 mA in corrente di collettore (e come pensi di impostarli ). Perché?
Sredni Vashtar,

5

ioC=βioB

È più utile pensarlo come una sorgente di corrente controllata in tensione quando si esegue l'analisi di piccoli segnali, ad esempio per un amplificatore, utilizzando la modalità pi ibrida l.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Nessuno dei due è particolarmente utile quando si valutano applicazioni di commutazione poiché la corrente di base sarà sufficientemente elevata da determinare la corrente del collettore dal circuito esterno e non dalle caratteristiche del transistor (il primo aiuta in qualche modo a garantire l'esistenza di una condizione).


Spehro Pefhany, per quanto riguarda la tua prima frase: penso, per la determinazione del punto di pregiudizio, non dobbiamo "in generale" immaginare che il BJT sarebbe controllato dalla corrente. Il classico metodo di polarizzazione che utilizza un partitore di tensione nel nodo base si basa certamente sulla vista di controllo della tensione.
LvW,

β

1
Art of Electronics II approfondisce questo tema, fornendo esempi di fallimenti del design causati da "the hfe-think" insegnati dalla maggior parte degli altri testi. Il problema principale è la variabilità dell'hfe tra i transistor e attraverso un ampio intervallo di temperature. Affidarsi a hfe va bene per i progetti di hobbisti unici che rimangono a 20 ° C. Ma in un prodotto di serie con transistor hfe tra 80-300 e intervallo di temperatura automobilistico, la maggior parte fallirà a meno che gli effetti hfe non possano essere rimossi (rimossi usando la filosofia di progettazione basata sulla tensione comune alle interiora dell'amplificatore operazionale)
wbeaty

@wbeaty: che succede con la crociata della fisica BJT? L'OP ha chiesto perché sia ​​considerato un dispositivo controllato corrente, non DOVREBBE essere considerato un dispositivo controllato corrente. Inoltre la risposta menziona questo è per l'analisi del segnale di grandi dimensioni.
jbord39,

@wbeaty Non è raro specificare il beta bin più da vicino nella produzione di volumi. Ad esempio, C1815Y (era molto popolare nei disegni giapponesi) ha una gamma 120-240.
Spehro Pefhany,

4

VBE


1
È così utile un'approssimazione che qualsiasi scheda tecnica BJT che vedrai mai caratterizzerà la beta.
Vicatcu,

1
Sì - beta è specificato. E allora ? Da questo fatto, deriva davvero che il BJT sarebbe controllato dalla corrente di base? O hai altri argomenti? Io dubito.
LvW,

2
I dispositivi @vicatcu possono essere caratterizzati in vari modi, inclusi parametri fittizi o funzioni di altri parametri più primari.
Kaz,

7
@Kaz: Penso che sia sbagliato dire che un BJT non è controllato dalla corrente solo perché la corrente di base può essere espressa in funzione della tensione dell'emettitore di base. In realtà è controllato dalla corrente perché fisicamente la corrente di base è importante. Altrimenti potresti anche dire che un BJT è a temperatura controllata invece di corrente controllata ...
Cagliata

1
> ... caratterizzerà la beta. Sì, garantiscono che il valore di hfe sia compreso tra 80 e 300!
wbeaty

4

Altre risposte hanno espresso opinioni sul fatto che il BJT sia controllato in tensione o in corrente o entrambi. Nella mia risposta, vorrei affrontare invece questo:

quando è ovvio che la modifica della tensione controlla la corrente attraverso il collettore?

Considera il seguente circuito alternativo:

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

Non è ovvio che

ioC=βDCioB

e

ioc=βun'cioB

e quindi che la corrente di base controlla la corrente attraverso il collettore?

ioBVBEVBEioB

Quindi no , non è ovvio , con il tuo esempio, che il BJT sia controllato in tensione.


vBEioB

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Allo stesso modo, si può confermare che si può controllare la corrente del collettore controllando la tensione dell'emettitore di base con una sorgente di tensione.

Indipendentemente da ciò, un paio di utenti hanno espresso fermamente la loro posizione secondo cui la corrente del collettore BJT è chiaramente controllata dalla tensione e che suggerire altrimenti è oltre il limite.

È passato un po 'di tempo da quando ho studiato fisica dello stato solido, quindi ho deciso di consultare la mia biblioteca di libri di testo EE. Il primo libro di testo che ho estratto dagli scaffali è " Solid State Electronic Devices ", 3a edizione.

Ecco una citazione estesa dalla sezione 7.2.2:

ioCioB

ioCioEioBioC

ioB

τtWBLpτp

τpτpτtτpτt

ioCioB=β=τpτt

γ=1

(ioB)ioB

Ora sono quasi certo che coloro che sono fermamente nel campo di controllo della tensione lo interpreteranno come una conferma della loro posizione, così come quelli che sono fermamente nel campo di controllo della corrente. Quindi lo lascerò a quello. Lascia che l'abbaiare abbia inizio ...


1
Stanno confondendo la "mentalità superiore per un corretto design analogico considerando le variazioni di processo" con "modi ragionevoli di pensare alle cose"
jbord39

3

VionioBioB=Vion/R1ioC=βioB

VionioCR1R1Vion

Forse un esempio lo spiegherebbe meglio. Immagina di guidare un'auto e la sua velocità dipende dalla forza con cui spingo il gas e per quanto tempo. Ma non voglio ricevere multe, quindi rispetto sempre i limiti di velocità. Ora vieni e dici:

Perché dicono che le auto sono controllate dal pedale del gas, quando in realtà la loro velocità dipende da oggetti metallici piatti con numeri dipinti su di loro?

Quindi, ciò che dici è vero in questo caso particolare, ma ciò non cambia il fatto che alle auto non importa minimamente degli oggetti metallici piatti nei loro dintorni.


quindi R1 varia secondo te
Raj,

La caduta di tensione sulla base è in genere 0,6-0,7 V
vicatcu

2
R1 è esterno al BJT, dico.
Dmitry Grigoryev il

@vicatcu Direi che in genere è 0,3-0,7 V, e sì, questo è ciò che io chiamo piccolo per semplicità.
Dmitry Grigoryev il

1
@horta Ho provato a rendere la mia citazione più internazionale.
Dmitry Grigoryev il

2

Se rendessi Vin una costante e R1 una variabile, diresti che i BJT sono dispositivi a resistenza controllata?

Nel tuo setup sembra che tu abbia il controllo di una tensione e osservi che è in grado di influenzare la corrente del collettore. È ragionevole usarlo come prova che la corrente di questo circuito è controllata in tensione, ma non è ragionevole dire che ciò significa che tutti i BJT sono controllati in tensione.

Devi fare una distinzione tra l'intero sistema e un componente nel sistema, anche quando è il componente più interessante o anche l'unico dall'aspetto interessante.


1
Per quanto riguarda il problema del controllo, è importante distinguere tra (1) il transistor "nudo" (dispositivo di transconduttanza controllato in tensione) e (2) un circuito di lavoro, che è costituito dal BJT e dai resistori circostanti. Tale circuito può (può, ma non necessariamente) essere visto come controllato in corrente. Questo è il caso in cui nell'esempio sopra il resistore serie R1 è molto grande se confrontato con la resistenza di ingresso dei transistor sul nodo base.
LvW,

2

Penso che abbia senso chiamare una corrente BJT controllata quando la si confronta con il MOSFET.

Il MOSFET ha un gate e maggiore è la tensione sul gate (che non assorbe sostanzialmente corrente), maggiore è la conduttanza dalla sorgente drain->. Quindi, questo è un dispositivo controllato in tensione.

In alternativa,

Un BJT ha una base. Maggiore è la conduttanza dal collettore all'emettitore, maggiore è la corrente di base.

Come esempio pratico che evidenzia davvero la differenza:

  • Memoria flash

Questa topologia di memoria è impossibile da implementare con BJT, poiché per la conduzione è necessaria una corrente di base costante. In un MOSFET, le cariche possono essere iniettate in un cancello isolato. Se vengono iniettati, rimarranno lì e manterranno il MOSFET sempre in funzione. Questa conduttanza (o la sua mancanza, se non sono state iniettate cariche) viene rilevata e utilizzata per leggere lo stato di bit memorizzato.


Siamo spiacenti, questa non è una descrizione corretta del principio di funzionamento del BJT. Hai mai sentito parlare dell'equazione esponenziale di Shockley Ic = f (Vbe)? Sai che la transconduttanza gm = d (Ic) / d (Vbe) è il parametro chiave per il processo di amplificazione? Sai che due diversi transistor con diversi valori beta (100 e 200) forniranno lo stesso guadagno di tensione (identica corrente di riposo Ic)?
LvW,

@LvW Penso che il punto che jbord39 sta facendo sia che non puoi avere tensione senza corrente e viceversa. Pertanto, secondo la definizione più rigorosa, nulla può essere veramente un dispositivo controllato in corrente o in tensione (da solo). Pertanto sta cercando di rispondere alla domanda sul perché i libri di testo si preoccupino persino di fare la distinzione. L'output di un BJT dipende in larga misura dalla corrente di input a differenza di un MOSFET, il che presuppone perché i libri di testo affermino che determinati dispositivi sono controllati in corrente o in tensione (quando in realtà non è mai il caso).
horta,

Horta, semplicemente non è vero che l'uscita del BJT è "molto dipendente dalla corrente di ingresso". Ogni libro affidabile (!!!) e le home page delle principali università statunitensi possono dire il contrario. Nessuno nega l'esistenza di una corrente di base, ma può essere vista semplicemente come un "fastidio o un difetto" (come menzionato dal noto specialista della BJT Barrie Gilbert).
Liv

@LvW: Inoltre, la sua domanda non è "È un BJT controllato in corrente" ma " Perché un BJT è considerato controllato in corrente".
jbord39,

3
@LvW electronics.stackexchange.com/questions/201533/… Poiché la tensione e la corrente nei dispositivi non esistono senza l'altro, non si può dire che il BJT sia veramente un dispositivo controllato dalla tensione. Anche il modello Ebers-Moll non è altro che un modello (un'approssimazione che gli umani usano per sottrarre dettagli disordinati del mondo reale).
horta,

1

Fino ad ora, conto 10 risposte e molti commenti. E ancora ho imparato che la domanda se il BJT è controllato in tensione o corrente sembra essere una questione di religione. Temo che l'interrogatore (" Perché i libri di testo affermano che i BJT sono attualmente controllati ") sarà confuso a causa di così tante risposte diverse. Alcuni sono corretti e altri sono totalmente sbagliati. Pertanto, nell'interesse dell'interrogante, mi piace riassumere e chiarire la situazione.

1) Quello che non capirò mai è il seguente fenomeno: Non esiste una singola prova che la corrente del collettore Ic di un BJT sarebbe controllata / determinata dalla corrente di base Ib. Tuttavia, ci sono ancora alcuni ragazzi (anche ingegneri!) Che ripetono ancora e ancora che il BJT - a loro avviso - sarebbe controllato dalla corrente. Ma ripetono solo questa affermazione senza alcuna prova - nessuna sorpresa, perché non ci sono prove e nessuna verifica.

L'unica "giustificazione" è sempre la semplice relazione Ic = beta x Ib. Ma un'equazione del genere non può mai dirci nulla di causa ed effetto. Inoltre, dimenticano / ignorano il modo in cui questa equazione è stata originariamente derivata: Ic = alpha x Ie e Ie = Ic + Ib. Quindi, Ib è solo una (piccola) parte di Ie - nient'altro. (Barrie Gilbert: la corrente di base è solo un "difetto").

2) Al contrario, ci sono molti effetti osservabili e proprietà dei circuiti che mostrano chiaramente e dimostrano che il BJT è controllato in tensione. Penso che chiunque sappia come funziona un semplice diodo pn dovrebbe anche riconoscere cos'è una tensione di diffusione e come una TENSIONE esterna può ridurre l'effetto barriera di questa proprietà fondamentale della giunzione pn.

Dobbiamo applicare una TENSIONE corretta attraverso i terminali corrispondenti per consentire una corrente attraverso la zona di esaurimento. Questa tensione (risp. Il campo elettrico corrispondente) è l'unica quantità che fornisce la forza per il movimento del portatore carico, che chiamiamo corrente! C'è qualche ragione per cui la giunzione pn dell'emettitore di base dovrebbe comportarsi in modo completamente diverso (e NON reagisce sulla tensione)?

Su richiesta posso elencare almeno 10 effetti e proprietà del circuito che possono essere spiegati esclusivamente con il controllo della tensione. Perché queste osservazioni sono così spesso ignorate?

3) L'interrogante ha presentato un circuito che merita un ulteriore commento. Sappiamo che un opamp (indubbiamente pilotato in tensione) può essere cablato come un amplificatore in corrente in uscita (amplificatore di transresistenza). Ciò significa: dobbiamo sempre distinguere tra le proprietà dell'amplificatore "nudo" e un circuito completo con parti aggiuntive.

Nel caso di specie, vale a dire: Il BJT come parte autonoma è tensione-driven - tuttavia, visualizzando l'intero circuito (con un resistore R1) si può trattare la disposizione completo di circuito guidato corrente se R1 è molto più grande della resistenza di ingresso del percorso BE. In questo caso, abbiamo un partitore di tensione guidato dalla tensione Vin.


1
DI CORSO NON È UNA RELIGIONE, invece è fisica / ingegneri rispetto alle credenze errate insegnate alle elementari. Dovremmo rinunciare a quei modelli semplici quando arriviamo a livelli più alti (EE undergrad.) Gli ampli diff non possono essere spiegati da modelli basati su hfe. Nemmeno i mirror attuali. Nessuno dei due può essere inserito in cascata. IMPORTANTE: se credi che ib controlli Ic, allora per te i moderni amplificatori audio saranno per sempre dietro una barriera di confusione e ignoranza, poiché i circuiti audio accoppiati a CC usano progetti BJT basati sulla tensione dove hfe è irrilevante. Situazione simile: sguardo all'interno della TL071 ecc
wbeaty

1
@wbeaty: la cosa ridicola è che sono d'accordo sia con LvW che con te, su come funziona BJT. Tuttavia, posso ancora capire che il BJT richiede corrente per funzionare. Inoltre, mi sembra che la dicotomia VI sia solo una dualità in questo caso, come mostrato prendendo il registro naturale dell'equazione del diodo shockley. Ma immagino che due pensieri leggermente opposti siano troppi per la tua testa da gestire (con tutta quella teoria racchiusa lì !!)
jbord39

2
Sospetto che gran parte del dibattito qui dipenda da cosa si intende per controllo . Poiché una semplice simulazione SPICE confermerà che si può controllare la corrente del collettore controllando la corrente di base, l'affermazione "la corrente del collettore è controllata dalla corrente di base" è indiscutibilmente vera in tal senso. Se, come LvW e wbeaty sembrano, si sceglie di insistere sul fatto che una simile affermazione sia falsa in ogni senso, indicherò semplicemente questo: i.stack.imgur.com/LqFx1.png
Alfred Centauri

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@LvW, sono deluso, anche se non del tutto sorpreso, dalla tua risposta molto debole.
Alfred Centauri,

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@LvW: allora vai oltre il ragionamento. il modello con cui hai sposato la tua anima è proprio questo: un modello. sorgono modelli progressivamente più complessi man mano che realizziamo interazioni più profonde. l'equazione del diodo shockley si basa su un'altra formula esponenziale empirica, vale a dire l'equazione di Arrhenius. Ciò non tiene conto del micro livello della meccanica quantistica, ma fornisce risultati molto prevedibili (statistiche). Ahimè, è solo un modello. I fisici non possono nemmeno essere d'accordo sul fatto che l'energia sia immagazzinata in un campo; sostenendo di avere una completa comprensione della giunzione pn è abbastanza ridicolo.
jbord39,

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Implicitamente, due domande:
1. perché può essere considerato “controllato in corrente”, e
2. perché è conveniente considerare un BJT “controllato in corrente”.

Prima domanda. Matematicamente, il dispositivo impone due equazioni nello spazio dei parametri, che comprende due tensioni e due correnti (una può aggiungere temperatura, alcune cose relative al tempo per tenere conto degli effetti transitori, ma non cambierà il numero di equazioni). Il sistema può essere espresso in modo equivalente in diverse forme. Diversamente da un FET, in cui le modalità on / off non differiscono nella corrente di gate, in un BJT qualsiasi cambiamento di controllo comporta determinati spostamenti su entrambi i piani di tensione e corrente. Ogni piano rappresenta due gradi di libertà. Quindi, possiamo considerare due tensioni come variabili indipendenti o due correnti. O, diciamo,VBC e ioE, con altri parametri dipendenti da essi. Nessuna differenza.

Seconda domanda. Secondo il buon senso, è ragionevole considerare come controllo un parametro del genere i cui piccoli cambiamenti comportano grandi (ma prevedibili) cambiamenti nella modalità operativa. Inoltre, il controllo di un transistor avviene in gran parte o interamente nella regione attiva in avanti, utile per il suo guadagno. I parametri candidati più ovvi sono VBE e ioB, i cui piccoli cambiamenti (in avanti orientati B-E) comportano grandi cambiamenti nelle caratteristiche del collezionista. Ma effetti diVBE sono fortemente non lineari, mentre (per fisso VBCVEC) dipendono dalle correnti in un BJT ioBquasi linearmente. È tutto.


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La corrente del collettore è, per definizione / fisica, una funzione della corrente di base (e implicitamente la richiesta di corrente di carico). La formula di governo di un BJT èioC=βioB. Doveβ è il guadagno, ioB è la corrente attraverso la giunzione BE, e ioC è la corrente (massima) attraverso la giunzione CE.

La tensione di base (cioè la tensione misurata sul terminale di base rispetto a GND) è in realtà più o meno una costante (almeno in saturazione), come caratteristica di una caduta di tensione diretta del diodo.


come si cambia la corrente di base?
Raj,

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È interessante - una risposta sbagliata ottiene un punto. Forse, perché la risposta è stata così semplice? ("Penso che sia molto più interessante vivere non sapendo che avere risposte che potrebbero essere sbagliate." R. Feynman).
Liv

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vicatcu - sei sicuro di avere ragione? Sei consapevole di avere completamente torto? Il parametro chiave per l'amplificazione è la transconduttanza gm che è la PENDENZA della curva esponenziale Ic = f (Vbe). Cosa ti fa pensare che Vbe sia una costante? La mia raccomandazione: consultare un libro di testo affidabile prima di dare risposte false.
Liv

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@vicatcu sbagliato. La fisica mostra chiaramente che Ie (e Ic) sono controllati dalla potenziale barriera della giunzione BE, e NON dalla corrente di base. Tuttavia, la corrente di base e il potenziale BE sono collegati tra loro dall'equazione del diodo. In parole povere, la corrente di base controlla Vbe, quindi Vbe controlla direttamente Ie (e quindi Ic.) In altre parole, l'equazione del guadagno di corrente non è fisica fondamentale, poiché non esiste alcun meccanismo in cui Ib possa influenzare direttamente Ie o Ic. Ib ha un controllo indiretto di Ic (tramite variazioni di Vbe), quindi "hfe" è un concetto molto utile. Ma hfe non è la fisica BJT fondamentale.
wbeaty,

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In conclusione, nel circuito dall'OP, la sorgente di tensione molto probabilmente uscita 0 / 5v di un controller, e la resistenza è selezionata per impostare la corrente di base, non la tensione di base. Nessuno contesta la fisica fondamentale di un BJT, è solo un costrutto pratico specifico per il contesto.
vicatcu,
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