Perché la corrente scorre ancora attraverso il collettore anche se il circuito a transistor non ha Vcc

Mi sono imbattuto in un tutorial in cui ho pensato che il circuito NPN BJT sopra fosse sbagliato a causa delle conclusioni tratte.

Ma quando ho simulato questo circuito ho scoperto che le conclusioni erano vere.

Ero completamente perplesso e sembra che io abbia un equivoco fondamentale sul comportamento dei transistor.

Il circuito sopra non è alimentato. Non c'è Vcc. Vi è una tensione di ingresso Vin che viene aumentata da zero a 1 V.

Di seguito è riportato il diagramma della tensione di uscita Vout rispetto a Vin:

E qui sotto la trama è la corrente attraverso il carico I (Rload) e la corrente del collettore Ic rispetto a Vin.

Domanda:

La mia confusione è come mai qualsiasi forma corrente fluisca attraverso il collettore e il carico quando non c'è alcuna differenza potenziale tra il collettore del transistor e i terminali dell'emettitore.

Secondo la trama sembra che KCL sia soddisfatto perché I (Rload) + Ic = 0.

Ma quello che non capisco come si forma e scorre in questo modo.

Se qualcuno mi chiedesse direi: "La corrente fluirà dalla base all'emettitore da qui a terra. Non ci sarà corrente attraverso il carico e lì Vout sarà zero".

Sono completamente perplesso con questo circuito. Ovviamente qualcosa non va secondo me. Perché il loop corrente in quel modo?

Ha a che fare con la struttura di un transistor BJT. Vediamo un NPN:

^{Fonte immagine}

Hai una regione di collettori fatta di semiconduttore di tipo N, una base di tipo P e un emettitore di tipo N. Non entrerò nei dettagli poiché va oltre lo scopo della domanda, ma lasciamo che sia sufficiente una domanda: il collezionista e l'emettitore non sembrano simili?

Quello che hai fatto è collegare l'emettitore a terra e il collettore a terra tramite un resistore. È stata quindi applicata una tensione alla base.

Normalmente quello che ti aspetteresti con una tensione sulla base è che la corrente fluisca dalla base all'emettitore - è fondamentalmente un diodo con la base che è l'anodo e l'emettitore è il catodo. Se la tensione sul catodo è superiore alla base, questo flusso di corrente attraverso la giunzione emettitore di base farà fluire la corrente dal collettore all'emettitore.

Tuttavia, nel tuo caso, il collezionista non ha un potenziale superiore rispetto alla base, ma ha un potenziale inferiore. È qui che arriva la mia domanda: proprio come la giunzione emettitore di base, la giunzione collettore di base è anche una giunzione PN, che è anche un diodo. Ancora una volta la base è l'anodo, ma questa volta il collettore è il catodo. Ciò significa che quando si applica una tensione più elevata sulla base rispetto al catodo, una corrente fluirà dalla base attraverso il catodo.

Ora hai corrente che scorre dalla base al catodo, attraverso la resistenza a terra, quindi viene identificato il misterioso flusso di corrente.

Per chiarire ulteriormente, ecco il tuo circuito se consideriamo le giunzioni PN come diodi (*):

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ora puoi vedere come la corrente può fluire sia attraverso il diodo emettitore di base che attraverso il diodo collettore di base.

Per quanto riguarda il motivo per cui il grafico attuale mostra che la corrente del collettore è negativa, questo è quasi sicuramente dovuto al modo in cui hai sondato il filo nella tua simulazione.

La sonda di simulazione verrà impostata in modo tale che il flusso di corrente nel collettore sia considerato "positivo". Inoltre, la seconda sonda verrà impostata in modo tale che il flusso di corrente attraverso il resistore dall'alto verso il basso sia considerato "positivo".

Tuttavia in questo caso la corrente fluisce dal collettore ("negativo" dal punto di vista delle sonde) e nel resistore ("positivo" dal secondo punto di vista delle sonde). Di conseguenza c'è una discrepanza nel segno.

Fondamentalmente è come avere due amperometri in serie, ma uno cablato all'indietro. Mostreranno letture uguali ma opposte.

Informazioni sul bonus

Ora la corrente del collettore di base sarà molto più bassa della corrente dell'emettitore di base, in parte perché hai la resistenza di serie dal collettore a terra che farà cadere un po 'di tensione e quindi limita la corrente (proprio come mettere un resistore in serie con un LED) , ma anche in parte perché la struttura NPN è più complessa.

L'emettitore è drogato più pesantemente del collettore, il che significa che la giunzione BE avrà effettivamente una caduta di tensione diretta molto più bassa della giunzione BC. Di conseguenza, anche senza il resistore la corrente BC sarà notevolmente inferiore alla corrente BE.

In effetti è possibile utilizzare un transistor BJT al contrario (scambiando C e B), ma le prestazioni saranno notevolmente ridotte.

^{(*) La vista diodi non rappresenta interamente un transistor NPN. Se si collegano due diodi in questo modo, non si otterrà un transistor NPN a causa, tra le altre cose, dei cavi metallici del diodo. Tuttavia descrive accuratamente l'effetto che stai vedendo.}

Questo è inteso come supplemento alla risposta esaustiva di Tom e viene risposto facendo un "passo indietro". È una risposta sui modelli.

Un transistor è un oggetto complicato. Per molti scopi, può essere semplificato sostituendolo con un modello, che cattura alcuni, ma non tutti, i suoi comportamenti.

Ad esempio, quando si misura un transistor con la funzione "test diodi" di un DMM, il modello "due diodi" spiega le misurazioni. Ma non ti dice da dove proviene il guadagno. Il modello è troppo semplice per quello.

Durante il biassing di un transistor "normalmente", ad esempio per produrre un amplificatore di emettitore comune, il modello di "sorgente di corrente controllata corrente" cattura molto di più del comportamento, consente di calcolare le correnti di polarizzazione e i fattori di amplificazione. Ma è troppo semplice e astratto per spiegare cosa succede nella domanda del PO.

Quando le persone usano i modelli, è normalmente per catturare il comportamento più semplice per il loro scopo e non di più. Come tale, possiamo normalmente trovare casi angolari che illustrano le carenze di qualsiasi modello. Dobbiamo quindi trovare un modello più completo, articolare e analizzare l'intero oggetto complicato, o decidere che non abbiamo bisogno della precisione aggiuntiva e trovare un modo per lavorare con l'approssimazione del modello (tutti e tre sono fatti in circostanze diverse).

Sono sempre stato divertito dal modello di persone che il mio capo ha usato per capire quante persone assegnare a un determinato progetto di ingegneria, avrebbe sostituito le persone con "barattoli di carne da pranzo", che avrebbero catturato l'indivisibilità, parte della biologia e (forse il mio post-hoc, forse il suo sottotesto) l'incapacità di sapere cosa avresti ottenuto fino a quando non avessi aperto la scatola e probabilmente non ti avresti deluso. Vediamo, abbiamo un budget di 2 milioni in 4 anni, quindi possiamo permetterci di mettere 5 lattine di carne da pranzo! Anche se il modello semplifica in qualche modo i dettagli, non ricordo che abbia avuto meno successo nella pianificazione delle risorse rispetto a qualsiasi altro project manager.

Aggiungo solo un paio di punti all'ottima risposta di Tom Carpenter

Il circuito sopra non è alimentato.

V _in è una fonte di alimentazione.

... come mai le forme e i flussi attuali attraversano il collettore e il carico quando non vi è alcuna differenza potenziale tra il collettore e l'emettitore del transistor?

V _out è la differenza potenziale tra il collettore del transistor e il suo emettitore. I tuoi grafici mostrano chiaramente che non è zero.

Inoltre, i vostri grafici mostrano corrente attraverso R _{di carico} . Non può mai esserci corrente attraverso un resistore senza una potenziale differenza tra i suoi terminali. Questa è la legge di Ohm.