Чому BJT вважається "контрольованим струмом"?


10

За допомогою BJT ми можемо керувати базовим струмом за допомогою Vin (з діаграми). Чому в підручниках зазначено, що БЖТ контролюються струмом, коли очевидно, що зміна напруги керує струмом через колектор?введіть тут опис зображення


Чи можете ви, будь ласка, опублікувати jpg як png та використовувати інструмент зображення? Або намалюйте схему за допомогою інструмента редагування схем?
Спайк напруги

7
Просто для того, щоб ускладнити ваше життя, BJT зараз не контролюється. Дивіться повний набір спрощених рівнянь моделей Ebers-Moll лише для постійного струму (впорскування, транспортування та нелінійний гібрид-пі): electronics.stackexchange.com/questions/252197/…
jonk


1
доброго горя ... у таких схемах, як у зображених на кресленні, ніхто не замислюється про моделі Ebers-Moll або Hybrid-pi. Ви, як правило, повинні займатися AVLSI, щоб перейматися цими речами.
vicatcu

1
@Raj, видаліть R1, і тоді ми побачимо, що інтер’єр BJT справді контролюється Vbe. Але такий дизайнерський підхід здебільшого стосується дискретних розсилювальних конструкцій (таких як внутрішня частина сучасних аудіопідсилювачів, пов'язаних з постійним струмом.) Натомість ми можемо ігнорувати внутрішню BJT-фізику і робити вигляд, що Ib визначає Ic безпосередньо , хоча насправді це не так . Це також дозволяє уникнути виникнення будь-яких нелінійних функцій xfer, що виробляються діодними переходами.
wbeaty

Відповіді:


10

У наведеній схемі Він контролює струм, що йде на базу, а не падіння напруги на базі та випромінювачі самого транзистора.

Падіння напруги в Vbe завжди буде близько 0,7 В для Vin> 0,7; надлишкова напруга знизиться через R1.

Змінюючи Він, ви фактично керуєте струмом, що йде на базу на основі рівняння:

IB=(Vin0.7V)/R1

4
Нітпік: падіння напруги в Vbe завжди буде навколо того, що говорить аркуш, який може бути низьким як 0,3 В для деяких BJT.
Дмитро Григор’єв

4
Що насправді відбувається, це наступне: R1 реалізує - разом з базовим випромінювачем - дільник напруги. А напруга сигналу Vin викликає відповідне падіння напруги по шляху BE, який керує струмом колектора. Отже, Ic не визначає базовий струм Ib. Справедливо навпаки: Ib і Ic обоє викликані Vbe.
LvW

3
Перше речення є помилковим, а рівняння, подане в кінці, є наближенням, яке ігнорує логарифмічну залежністьVBE на IB.
VBE=VTlnβIBIS
Отже, поки це правда VБЕне змінюється сильно, це неправда, що зовсім не змінюється. VБЕ
Альфред Кентаврі

2
Я не впевнений, чому ця відповідь найкраще оцінюється. Це гарна оцінка, але не відповідає на питання ОП щодо того, чому (або чому ні) його поточний контроль.
efox29

1
@lvw це називається джерелом струму, яке описано в mmize. Струм фіксований. Це не дільник напруги, тому що vbe насправді не змінюється на основі зміни vin, що є визначенням дільника напруги.
Аналог Arsonist

8

Преамбула

Почнемо з невеликого відступу: що робить генератор генератором струму замість генератора напруги? Подивіться на характеристики VI: той, що має в основному постійну напругу (майже горизонтальний у площині IV), буде називатися генератором напруги, той, що має переважно постійний струм (майже горизонтальний у площині VI), буде називатися генератором струму.

модель генератора напруги

модель генератора струму

(Фотографії, зроблені з веб-сайту Електроніка Підручники)

Це пояснюється тим, що "акцент" є на постійній величині (напруга або струм, що подається - в той час як інша кількість змінюється залежно від навантаження та відповідності генератора). (Примітка 1)

У контрольованому пристрої наголос на змінній кількості. Враховуючи експоненціальну вхідну характеристику, яка залишає Vbe майже постійним, це поточне ви хотіли б бачити як керуючу змінну. Це прямий наслідок поширення помилок: коли у вас крута функція, невелика помилка майже постійної величини x перетвориться на значно більшу помилку у величині, що змінюється величиною q (і навпаки).

поширення помилок з крутою функцією

Знімок, зроблений із "Вступу до аналізу помилок", Тейлор та спотворений відповідно до мети

Суть полягає в тому, що простіше розрізнити 10 e 40 мкА (відношення 1 до 4), ніж розділити 0,65 і 0,67 В (відношення 1 до 1,03). (Зверніть увагу на менш гнучкий розум: як і більш екстремальні значення, які я використовував до цього редагування, це складені значення, призначені для відображення контрасту між помітною зміною того, що ви хочете бачити як керуючу змінну - струм, що надходить в базу - і слабке зміна напруги між базою і випромінювачем).

Найпростіша річ

Ви можете зрозуміти, чому це називається управлінням струмом, підштовхуючи його до меж, прийнявши найпростішу модель для BJT, як показали Чуа, Дезоер і Ку в своїх "Лінійних і нелінійних схемах": на наступних малюнках всі діоди ідеальні ( порогова напруга дорівнює нулю, так само, як і серійний опір; це ідеально відкриті ланцюги при зворотному зміщенні та ідеальні шорти при зміщенні вперед).

найпростіша кусково-лінійна модель для BJT

E0 додає порогову напругу до вхідної характеристики, тоді як транзисторна дія виражається ic = beta * ib. Зауважте, що генератор струму, керований струмом. Ось відповідні вхідні та вихідні характеристики

найпростіші кусково-лінійні характеристики для BJT

Досить просто, правда? Ви можете порівняти їх з фактичними характеристиками і побачити, що вони схожі на них. Наскільки це просто, це легітимна модель, і її можна використовувати для моделювання схем, де, змінюючи ib (ви не можете змінити Vbe в цій моделі, оскільки він фіксований), ви змінюєте значення Ic. Ви можете бачити, як можна змінити ib, перетинаючи вхідну характеристику з лінією навантаження на вході

навантажувальна лінія у вхідному контурі

Змінюючи E1 (не частина BJT), ви змінюєте ib (частина BJT). Тоді ви можете знайти значення ic, відповідне цьому значенню ib, вибрати відповідну вихідну характеристику та знайти напругу шляхом перетину з вихідною лінією навантаження.

навантажувальна лінія у вихідному контурі

Хтось стрибне на своє місце, кричачи: " ЩО? Ви використовуєте бета-версію для проектування підсилювача, який можна ввести у виробництво по всьому світу для критичних для місії ядерних додатків? може змінитися на скільки дев'ятидесяти відсотків газильйонів, просто подивившись на це? "

Справа в тому, що для даного транзистора ви маєте досить визначене значення бета-версії (ви можете заздалегідь її виміряти, тому неважливо, чи буде виробнича партія демонструвати ганебну дисперсію), і якщо ви не блукаєте занадто далеко, ви можете розумно ігнорувати його зміна з іншими електричними параметрами. Зауважте, що це спрощена модель, яка не моделює варіанти бета-версії з температурою, струмом або навіть кольором волосся; це спрощена модель, яка вловлює суть дії транзистора, майже так само, як іноді ганьблений "людина-транзистор" від "The Art of Electronics".

Чи можете ви знайти цю частоту відсічення транзистора з цієї моделі? Ні. Чи можете ви пояснити ефект Early за допомогою цієї моделі? Ні. Чи можете ви пояснити диференціальний опір переходу BE з цією моделлю? Ні. Чи можете ви рахувати виробництво зарядних пар через радіацію? Ні. Чи можете ви пояснити квантування другого поля та вигин простору? Ні.

Чи означає це, що ця модель є абсолютно марною? Ні. Надзвичайно спрощена поведінка цієї моделі показує, чому багато підручників стверджують, що BJT контролюються в даний час. Фактична характеристика входу нагадує ту вертикальну лінію, де можна змінювати лише ib, а не vbe, значення якого вважається фіксованим. (І саме тому я зробив це відступ на початку цієї відповіді).

Ви можете порівняти найпростішу модель для Mosfet: на сторінці 151 Chua також є така.

найпростіші характеристики MOSFET

Як бачимо, струм затвора фіксований (на нулі, щоб бути педантичним), умова, подвійна тій, що показана у BJT: Вхідна характеристика VI горизонтальна. Єдиний контроль у вас тут - за допомогою vgs. Чи означає це, що ми заперечуємо існування ефекту тунелю? Ні, це просто модель. Спрощена модель, яка, крім усього іншого, не враховує тунелювання, але все ж вдається показати, чому в MOSFET ви дієте на напругу джерела затвора.

Поки ми бачили, як (спрощена) залежність між ib та ic може сприйматися як контроль над ic за допомогою ib через beta. Але ми також можемо використовувати альфа, чому б і ні? Дозвольте навести, дослівно, ще один підручник, який розглядає пристрої, що керуються струмом BJT: "Квантова фізика атома, молекули, тверді тіла, ядра та частинки 2е", Ейсберг та Реснік, с. 474 (на сторінці 475 показана загальна базова конфігурація):

Основна ідея дії транзистора полягає в тому, що струм в ланцюзі випромінювачів керує струмом в ланцюзі колектора. Більше 90% струму через випромінювач, так що струми мають однакову величину. Але напруга в базовому колекторі може бути набагато більшим, ніж у зв’язку між емітерним і базовим з'єднанням, тому що перше є зворотним зміщенням, тому вихідна потужність в колекторному ланцюзі може бути набагато більшою, ніж вхідна потужність в ланцюзі випромінювачів . Отже, транзистор діє як підсилювач потужності.

Невже ці двоє джентльменів не забувають про роль, яку відіграє квантова механіка в теорії смуг твердих тіл? Вони не чули про квантову статистику? Вони навіть знають, що таке дірка (не кажучи вже про темпко)? Чи могли вони забути, що подання напруг може змінювати профілі рівня енергії, що відносяться до валентності та діапазону провідності? Я не думаю, що так. Вони просто обрали більш просту модель, щоб пояснити, як можна інтерпретувати так звану транзисторну дію.

Художник Бруно Мунарі одного разу сказав: " Ускладнювати просто, спрощувати - це складно ... Всі вміють ускладнювати. Лише деякі можуть спростити ". Серед інших, Чуа, Дезоер, Ку, Айсберг та Реснік вирішили спростити.

Хто спочатку грає в базі?

Тепер повернемося до (майже) реальних транзисторів. Це перші характеристики vbe, які я придумав після пошуку зображень Google :

характеристики vbe-ib

Данно, якщо це реально, але це виглядає правдоподібно. Тут слід помітити, що коли ib сильно змінюється, на 100 відсотків відсотків, vbe змінюється порівняно невеликими кількостями, лише жменькою відсотків. Це пояснюється експоненціальним відношенням переходу BE. Скажімо, ви хочете використовувати цей BJT для отримання 10 мА в непарні дні і 15 мА в парні дні. У вас в німецькій лабораторії вимірюють бета-версію конкретного транзистора у вашій руці, і він вийшов як 250 за діапазон інтересів. Скажімо, у вас є генератор струму і напруги з точністю 10%.

Поточний контроль : Ви можете використовувати ic = beta ib, щоб знайти значення ib, яке потрібно встановити. Номінальні значення 10 і 15 мА льоду вимагають номінальних значень 40 e 60 мкА для ib. Враховуючи точність поточного генератора, ви очікуєте, що ви побачите наступні поточні діапазони введення та виведення:

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

Контроль напруги : Ви не вірите в бета-версію, тому вам потрібно вказати напругу, яке створює VBE ... Так, з чого? Почитайте його на наведеному вище графіку (але тоді вам доведеться прийняти жахливе відношення ic = beta ib). Я думаю, вам доведеться використовувати модель Ebers-Moll для обчислення значень до потрібних значень для ic. Але скажімо, що ми визначили, що це точно 0,65 і 0,67 В (так само, як я використав точне значення для бета-вершини вище). Коли ми намагаємось встановити ці точні значення, наш 10-відсотковий точний генератор поставить наступні діапазони напруги

0,585 - 0,715 В -> назад до Ebers-Moll, щоб обчислити ic, ... занадто погано, що невизначеність буде викрита ...

0,603 - 0,737 В -> ні, зачекайте, перш ніж обчислити ...

... виявляється, у нас вже є суперпозиція в діапазонах напруги, які ми постачаємо: ми, можливо, не зможемо відрізнити навіть дні від непарних.

Я думаю, що краще вдатися до поточної бази як засобу для контролю струму колектора.

Якщо керувати струмом, навіть якщо я допускаю 10% -ву помилку на вимірюваному значенні бета-версії, я все одно (ледь, але все-таки) можу виділити два діапазони струму (8.10-12.10 мА проти 12.15-18.15 мА), що відповідають непарному та навіть дні.

Якщо керувати напругою, якщо ви додасте 10% помилку до обчисленого (або прочитаного з діаграми) значення напруги (і я щедрий, оскільки ця помилка буде посилюватися), ви вже втрачаєте невизначеність. Це основна теорія поширення помилок.

Антракт

Ця публікація потребує часу, я повернусь ще, щоб додати щось більше. Дозвольте мені просто вирішити питання про війну з релігією, якій ви могли бути свідком. Про що це все?

Транзистор - це твердотільні пристрої, внутрішню роботу яких необхідно пояснити, використовуючи закони квантової фізики. Враховуючи смугову структуру енергетичних рівнів електричних носіїв у твердих тілах, закономірно вдатися до енергетичних рівнів, щоб зобразити внутрішню роботу цих пристроїв. Енергія та потенціал тісно пов'язані між собою, тому більшість моделей, як правило, виражають відповідні величини у функції потенціалів (різниці) s. Причину я написав

Примітка: Залежність від Vbe, показана в моделі Ebers-Moll, не означає причинно-наслідкового зв’язку. Простіше написати рівняння таким чином. Ніхто не забороняє вам використовувати зворотні функції.

в тому, що напруга і струм теж тісно пов'язані: вони поєднані величиною сортування потоку зусиль, так що в основному ви не можете мати один без іншого. Це делікатна справа, і, мабуть, слід також розглянути, що означає створити різницю напруги. Чи не створюється вона за рахунок витіснення зарядів (електрохімічною реакцією в акумуляторі, електромагнітною взаємодією в механічному генераторі). Я підозрюю, що врешті-решт усі пристрої в основному контролюються зарядом: ви переміщуєте заряди звідти туди і отримуєте певний ефект.

Я підозрюю, що хрестоносці "контролю напруги" припускають, що колега "управління струмом" навчився електроніці в книгах Фореста Мімса і ніколи не бачив книги з квантової фізики, твердого тіла або напівпровідникових пристроїв. Вони, здається, ігнорують значення керуючої змінної, оскільки змінну обирають для активації керування. Я сподіваюся, що цитата Eisberg & Resnick (двох "твердих" фізиків, якщо ви дозволите мені каламбур) покаже їм, що це не так.


Примітка (1) Ідеальні криві генератора саме такі: ідеальні. Спробуйте зобразити перехід від ідеального генератора напруги до ідеального генератора струму, що проходить через хороші, середні та повільні генератори напруги, потім повільні, середні та хороші генератори струму.


У Вашій примітці, перше речення просто помилкове! Модель Еберса-Молла щось не «натякає» - натомість це фактично причинно-наслідковий зв’язок. Будь ласка, зверніться до патентного документа W. Shockleys. Ви маєте рацію, ви завжди можете створювати зворотні функції (на папері) - так що? Як ви думаєте, ви можете обмінятися причиною та наслідком на папері? До речі: Ви коли-небудь проектували етапи транзисторів (адже ви згадуєте про деякі смішні напруги Vbe). Чи знайомі ви з виродженням випромінювачів (зворотний зворот VOLTAGE)?
LvW

3
Я склав ці значення, щоб проілюструвати різницю між спробами встановити veeeeeery veeeeeeery близькі значення Vbe і помітні значення Ib (я також додав у коментарі редагування, що хотів зробити ці значення більш крайніми). Я не хотів витрачати час на пошук правдоподібних цінностей, але пізніше для тих, хто не має достатньої розумової гнучкості, додам картину чи дві. Як я писав вище: спробуйте керувати BJT, видаляючи Rb і подаючи на Vbe чисту напругу. Удачі. (О, до речі, спрощену модель також не можна використовувати для пояснення ранньої напруги.)
Середній Ваштар

Здається, ви пропустили мою згадку про виродження випромінювачів. Більше того, я говорив про подачу "чистої напруги" на базу? Ви повинні намагатися бути справедливими. Як ви вже згадали ефект "Рання". Чи знаєте ви, що пояснення цього ефекту підтверджує контроль напруги? Ви коли-небудь чули про tempco -2mV / K? Ви коли-небудь замислювалися над значенням цієї цінності?
LvW

1
Мені подобається цей коментар: Залежність від Vbe, показана в моделі Ebers-Moll, не передбачає причинно-наслідкового зв’язку. Простіше написати рівняння таким чином. Ніхто не забороняє вам використовувати зворотні функції
jbord39

2
@LvW те, що ви зробили, технічно називається "mutatio poleversiae". Це добре відома техніка. Я пропоную вам перечитати мій пост з більшою увагою, особливо цитату Мунарі. До речі, щодо схеми у запитанні (не іншої, тієї, що знаходиться у запитанні) ви все ще не сказали, які значення vbe ви встановили для отримання 10 e 15 мА в струмі колектора (і як ви плануєте їх встановлювати ). Чому так?
Середній Ваштар

5

Загалом, ви можете уявити, що BJT є джерелом струму, керованим струмом, коли знаходить точку зміщення в лінійному застосуванні (великий сигнал). IC=βIB

Це корисніше думати про це як джерело струму з керованим напругою, коли ви робите аналіз малого сигналу, наприклад, для підсилювача, використовуючи гібридний режим l.

введіть тут опис зображення

Це також не є особливо корисним, коли ви оцінюєте програми комутації, оскільки базовий струм буде досить високим, що струм колектора визначається зовнішнім ланцюгом, а не характеристиками транзистора (перший допомагає дещо забезпечити існування умови).


Spehro Pefhany, стосовно вашого першого речення: Я думаю, що для визначення упередженої точки ми не повинні "взагалі" уявляти, що BJT буде контролюватися струмом. Класичний метод зміщення з використанням дільника напруги на базовому вузлі, безумовно, заснований на поданні напруги управління.
LvW

@LvW Якщо ви вважаєте, Vbe фіксується на 0,6 або 0,7 В і оцінюють падіння напруги від дільника на основі Ic і βви отримаєте правильну відповідь, достатньо близьку для більшості цілей.
Spehro Pefhany

1
Art of Electronics II заглиблюється в цю проблему, наводячи приклади дизайнерських невдач, спричинених "hfe-think", що викладається у більшості інших текстів. Основне питання - мінливість hfe серед транзисторів та у великому діапазоні температур. Покладатися на hfe - це чудово для одноразових дизайнів для любителів, які залишаються при 20 ° С. Але в серійному продукті з транзисторним hfe між 80-300 та автомобільним температурним діапазоном більшість вийде з ладу, якщо не вдасться усунути ефекти hfe (видалити за допомогою філософії дизайну на основі напруги, загальної для внутрішніх оптичних підсилювачів)
wbeaty

@wbeaty: що з фізичним хрестовим походом BJT? ОП запитала, чому це вважається пристроєм, що керується струмом, а НЕ МОЖЕ вважати пристроєм, керованим струмом. Плюс відповіді згадується, що це для аналізу великих сигналів.
jbord39

@wbeaty Не рідкість конкретизувати бета-кошик у обсязі виробництва. Наприклад, C1815Y (був дуже популярний в японських конструкціях) має діапазон 120-240.
Spehro Pefhany

4

BJT не контролюється струмом, але, до корисного наближення, він веде себе таким чином. У більш точних моделях BJT, як Еберс-Молл , струм колектора не є функцією базового струму, а базової напруги (VBE).


1
Це настільки корисне наближення, що будь-яка таблиця даних BJT, яку ви коли-небудь розглянете, характеризуватиме бета-версію.
vicatcu

1
Так - бета-версія вказана. І що ? З цього факту ви дійсно випливаєте, що BJT контролював би базовий струм? Або у вас є якісь інші аргументи? Я сумніваюся.
LvW

2
@vicatcu Пристрої можна характеризувати будь-якою кількістю способів, включаючи фіктивні параметри або функції інших, більш первинних параметрів.
Каз

7
@Kaz: Я вважаю, що неправильно говорити, що BJT не контролюється струмом лише тому, що базовий струм може бути виражений як функція напруги бази-випромінювача. На насправді це керований струмом , тому що фізично база поточних справ. В іншому випадку ви також можете сказати, що BJT контролюється температурою замість поточного, що контролюється ...
Сир

1
> ... характеризуватиме бета-версію. Так, вони гарантують, що значення для hfe падає десь від 80 до 300!
wbeaty

4

Інші відповіді висловлюють думки щодо того, чи BJT контролюється напругою чи регулюється струмом, або те й інше. У своїй відповіді я хочу звернутися замість цього:

коли очевидно, що зміна напруги контролює струм через колектор?

Розглянемо наступну альтернативну схему:

схематичний

імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab

Хіба не очевидно, що

IC=βDCIB

і

ic=βacib

і таким чином, що базовий струм контролює струм через колектор?

Так, ви можете заперечити це зміни IB обов'язково змінюється VBE і т. д., але це меч з двома краями, оскільки заперечення діє обома способами, тобто зміною VBE обов'язково змінюється IB.

Тож ні , на вашому прикладі не очевидно , що BJT контролюється напругою.


Додаток: у коментарях є досить багато аргументів стосовно питання, чи в основному керує струм колектора "автономної" BJT vBE або iB. За допомогою SPICE легко підтвердити, що можна керувати струмом колектора, керуючи базовим струмом за допомогою джерела струму:

введіть тут опис зображення

Так само можна підтвердити, що можна керувати струмом колектора, керуючи напругою базового випромінювача з джерелом напруги.

Незважаючи на це, кілька користувачів сильно висловили свою позицію, що струм колектора BJT явно керований напругою, і що припускати інакше, це не вдається.

Минув час, коли я вивчив фізику твердого тіла, тому я вирішив проконсультуватися зі своєю бібліотекою підручників з ЕЕ. Перший підручник, який я витягнув з полиці, - це " твердотільні електронні пристрої ", 3-е вид.

Ось обширна цитата з розділу 7.2.2:

Залишається показати, що струм колектора iC можна керувати варіаціями малого струму iB.

В дискусії до цього моменту ми вказали на контроль над iC струмом випромінювача iE, при базовому струмі характеризується як невеликий побічний ефект. Насправді ми можемо показати з аргументів нейтральності космічного заряду, щоiB насправді можна використовувати, щоб визначити величину iC.

Розглянемо транзистор рис. 7-6, в якому iBвизначається схемою зміщення. Для простоти будемо вважати ефективність вприскування випромінювача одиниці та мізерний струм насичення колектора. Оскільки основна область n-типу є електростатично нейтральною між двома перехідними областями, наявність надлишків отворів, що перебувають при переході від випромінювача до колектора, вимагає компенсувати надлишки електронів з базового контакту.

Однак є важлива різниця у часі, в якому електрони та дірки проводять в основі. Середній надлишковий отвір витрачає час τt, визначений як час транзиту від випромінювача до колектора. Оскільки основна ширинаWb робиться невеликим порівняно з Lp, цей час транзиту набагато менше, ніж середній термін служби отвору τp.

З іншого боку, витрачається середній надлишок електрона, що надходить з базового контакту τpсекунди в базі, що постачає простір нейтралі заряду, протягом життя середнього надлишкового отвору. Поки середній електрон чекаєτp секунд для рекомбінації, багато окремих отворів можуть входити і залишати базову область, кожна із середнім часом транзиту τt. Зокрема, для кожного електрона, що надходить з базового контакту,τpτtотвори можуть проходити від випромінювача до колектора, зберігаючи нейтральність простору заряду. Таким чином, співвідношення струму колектора до базового струму просто

iCiB=β=τpτt

для γ=1 і незначний струм насичення колектора.

Якщо подача електрона в базу (iB)обмежено, рух дірок від випромінювача до основи відповідно зменшується. Це можна стверджувати, просто припустивши, що впорскування в отвір продовжується, незважаючи на обмеження електронів від основного контакту. Результатом було б чисте накопичення позитивного заряду в основі та втрата прямого зміщення (а отже, втрата впорскування отвору) на переході випромінювача. Зрозуміло, що подача електронів наскрізьiB можна використовувати для підняття або зменшення потоку отвору від випромінювача до колектора.

Зараз я майже впевнений, що ті, хто твердо знаходиться в таборі контролю напруги, будуть тлумачити це як підтвердження своєї позиції, як і ті, хто твердо знаходиться в таборі управління струмом. Тож я просто залишу це на цьому. Нехай починається гавкання ...


1
Вони плутають «чудовий спосіб мислення для правильного аналогового дизайну з урахуванням варіантів процесів» з «розумними способами думати про речі»
jbord39

3

Я думаю, ти це отримав назад. Vin є контрольним IB за законом Ома (якщо припустити, що падіння напруги на базі невелике): IB=Vin/R1. BJT у свою чергу контролюється цим струмом:IC=βIB.

Зрештою між ними існує лінійна залежність Vin і IC, але це справедливо лише до тих пір, поки R1залишається постійним. З тих пірR1 не є частиною BJT, ви нічого не можете припускати про це, обговорюючи характеристики BJT, і ви не можете сказати, що BJT контролюється Vin.

Можливо, приклад пояснив би це краще. Уявіть, що я воджу машину, і її швидкість залежить від того, наскільки сильно я штовхаю газ і на скільки часу. Але я не хочу отримувати штрафів, тому завжди дотримуюся обмежень швидкості. Тепер ти підійдеш і кажеш:

Чому вони кажуть, що машини керуються педаллю газу, коли насправді їх швидкість залежить від плоских металевих предметів з нанесеними на них цифрами?

Отже, те, що ви говорите, є істинним у цьому конкретному випадку, але це не змінює факту, що автомобілі не піклуються про найменші плоскі металеві предмети в їхньому оточенні.


тож R1 змінюється u скажімо
Raj

Падіння напруги на базі зазвичай становить 0,6-0,7 В
vicatcu

2
R1 є зовнішнім для BJT, який я говорю.
Дмитро Григор'єв

@vicatcu Я б сказав, що це зазвичай 0,3-0,7 В, і так, це я називаю малим заради простоти.
Дмитро Григор’єв

1
@horta Я намагався зробити свою цитату більш міжнародною.
Дмитро Григор’єв

2

Якщо ви зробили Вин постійною і R1 змінною, ви б сказали, що BJT - це пристрої, що контролюються опором?

У вашій установці, здається, ви контролюєте напругу і спостерігаєте, чи здатна вона впливати на струм колектора. Доцільно використовувати це як доказ того, що струм цієї ланцюга регулюється напругою, але це нерозумно говорити, це означає, що всі BJT контролюються напругою.

Ви повинні розрізняти всю систему та компонент у системі, навіть коли це найцікавіший компонент або навіть єдиний цікавий на вигляд.


1
Щодо проблеми управління, важливо розрізняти (1) "голий" транзистор (пристрій, керований напругою, і (2) робочий ланцюг, що складається з BJT і навколишніх резисторів. Така схема може (може, але не обов'язково) розглядатися як контрольована струмом. Це той випадок, коли у наведеному вище прикладі серійний резистор R1 дуже великий, якщо порівнювати його із вхідним опором транзисторів у базовому вузлі.
LvW

2

До цих пір я нараховую 10 відповідей та багато коментарів. І знову я дізнався, що питання, якщо BJT контролюється напругою чи струмом, здається, є питанням релігії. Боюся, запитуючий (« Чому підручники стверджують, що BJT зараз контролюються ») буде заплутаний через так багато різних відповідей. Деякі є правильними, а інші абсолютно неправильними. Тому в інтересах питаючого я люблю підсумовувати та уточнювати ситуацію.

1) Те, що я ніколи не зрозумію, полягає в наступному явищі: Не існує єдиного доказу того, що струм Ic колектора BJT буде керований / визначений базовим струмом Ib. Тим не менш, є ще деякі хлопці (навіть інженери!), Які знову і знову повторюють, що BJT - на їхню думку - буде контролюватися струмом. Але вони лише повторюють це твердження без будь-яких доказів - не дивно, тому що немає доказів і немає перевірки.

Єдине «виправдання» - це завжди просте відношення Ic = beta x Ib. Але таке рівняння ніколи не може сказати нам нічого про причину та наслідки. Більше того, вони забувають / ігнорують, як спочатку було отримано це рівняння: Ic = альфа x Ie і Ie = Ic + Ib. Отже, Ib - це просто (мала) частина Ie - більше нічого. (Баррі Гілберт: Базовий струм - це лише "дефект").

2) На відміну від цього, існує багато спостережуваних ефектів і властивостей циркулятора, які чітко показують і підтверджують, що BJT регулюється напругою. Думаю, кожен, хто знає, як працює простий pn діод, повинен також визнати, що таке дифузійне напруга і як зовнішня НАВІД може зменшити бар'єрний ефект цієї основної властивості pn переходу.

Ми повинні застосувати належну напругу через відповідні клеми, щоб пропускати струм через зону виснаження. Ця напруга (відповідно до відповідного електричного поля) є єдиною величиною, яка доставляє силу для руху зарядженого носія, яку ми називаємо струмом! Чи є якась причина, що pn-перехід базового випромінювача повинен вести себе зовсім інакше (і НЕ реагує на напругу)?

За запитом я можу перерахувати щонайменше 10 ефектів та властивості ланцюга, які можна пояснити виключно за допомогою регулювання напруги. Чому ці спостереження так часто ігноруються?

3) Опитуючий представив схему, яка заслуговує на додатковий коментар. Ми знаємо, що підсилювач (підсилювач без напруги) може бути провідним як підсилювач напруги в напрузі (підсилювач транзистору). Це означає: Ми завжди мусимо розрізняти властивості «голого» підсилювального блоку та повну схему з додатковими деталями.

У цьому випадку це означає: BJT як окрема частина працює з напругою - проте, переглядаючи всю схему (з резистором R1), ми можемо трактувати повне розташування як ланцюг, керований струмом, якщо R1 набагато більший, ніж вхідний опір траси BE. У цьому випадку ми маємо дільник напруги, керований напругою Vin.


1
КУРС НЕ РЕЛІГІЯ, натомість це фізика / інженери проти неправильних переконань, викладених у школі. Ми повинні відмовитися від цих простих моделей, коли ми дістаємося до більш високих рівнів (недооцінка EE.) Різні амперні моделі неможливо пояснити моделями на основі hfe. Також не можна використовувати поточні дзеркала. Також не можна каскадувати ампери. ВАЖЛИВО: якщо ви вважаєте, що ib управляє Ic, то для вас сучасні звукові підсилювачі назавжди опиняться за бар'єром розгубленості та незнання, оскільки аудіосхеми, пов'язані з постійним струмом, використовують конструкції BJT, засновані на напрузі, де hfe не має значення. Схожа ситуація: подивіться на інтер'єр
TL071

1
@wbeaty: смішно, це те, що я погоджуюся і з LvW, і з вами, щодо роботи BJT. Тим не менш, я все ще можу зрозуміти, що для функціонування BJT потрібен струм. Крім того, я відчуваю, що VI дихотомія - це лише подвійність у цьому випадку, як показано, беручи до уваги природний журнал рівняння діода Шоклі. Але, мабуть, дві злегка протилежні думки занадто багато, щоб ваша голова впоралася (з усією цією теорією, запакованою там !!)
jbord39

2
Я підозрюю, що значна частина дебатів тут залежить від того, що означає контроль . Оскільки просте моделювання SPICE підтвердить, що можна керувати струмом колектора, керуючи базовим струмом, твердження «струм колектора керується базовим струмом» в цьому сенсі безперечно вірно. Якщо, як здається, LvW і wbeaty, хтось вирішить наполягати на тому, що таке твердження є помилковим у будь-якому сенсі, я просто вкажу
Альфред Кентаврі

1
@LvW, я розчарований у вашій дуже слабкій відповіді, хоча і не зовсім здивований.
Альфред Кентаврі

1
@LvW: тоді ти не можеш міркувати. модель, з якою ви одружилися з душею, - це саме те, що: модель. прогресивно складніші моделі виникають у міру того, як ми усвідомлюємо подальші, глибші взаємодії. рівняння діода Шоклі базується на іншій емпіричній експоненціальній формулі, а саме рівнянні Арренія. Це не враховує мікрорівень квантової механіки, але дає дуже передбачувані результати (статистика). На жаль, це просто модель. Фізики навіть не можуть погодитись, чи зберігається енергія в полі; Ви заявляєте, що маєте повне розуміння pn-переходу, є досить смішним.
jbord39

2

Я думаю, що має сенс викликати керований струм BJT, коли ви порівнюєте його з MOSFET.

У MOSFET є затвор, і чим вище напруга на затворі (який по суті не приводить струму), тим вище коефіцієнт провідності від зливного джерела. Отже, це прилад, керований напругою.

Крім того,

BJT має базу. Чим вища провідність від колектора до випромінювача, тим вищий базовий струм.

Як практичний приклад, який дійсно підкреслює різницю:

  • Флеш-пам'ять

Цю топологію пам'яті неможливо реалізувати з BJT, оскільки для проведення необхідний постійний базовий струм. У MOSFET заряди можуть бути введені в ізольовані ворота. Якщо їм вводять ін'єкцію, вони залишатимуться там і триматимуть MOSFET, який веде весь час. Ця провідність (або її відсутність, якщо не вводиться заряд) відчувається і використовується для зчитування збереженого бітового стану.


Вибачте - це не правильний опис принципу роботи BJT. Чи чули ви коли-небудь про експоненціальне рівняння Шоклі Ic = f (Vbe)? Чи знаєте ви, що надпровідність gm = d (Ic) / d (Vbe) є ключовим параметром для процесу ампліфікації? Чи знаєте ви, що два різні транзистори з різними значеннями бета (100 і 200) забезпечать однаковий посилення напруги (однаковий струм спокою Ic)?
LvW

@LvW Я думаю, що справа в jbord39 полягає в тому, що ти не можеш мати напруги без струму і навпаки. Тому, за найсуворішим визначенням, ніщо справді не може бути пристроєм, керованим струмом або напругою (поодинці). Тому він / вона намагається відповісти на питання, чому підручники навіть намагаються зробити цю різницю. Вихід BJT дуже сильно залежить від вхідного струму на відміну від MOSFET, тому я припускаю, чому в підручниках зазначено, що певні пристрої контролюються струмом або напругою (коли насправді це ніколи не буває так).
хорта

хорта, просто не вірно, що вихід BJT "дуже залежить від вхідного струму". Кожна надійна (!!!) книга та домашні сторінки провідних американських університетів можуть сказати вам протилежне. Ніхто не заперечує, що базовий струм існує, але це може розглядатися просто як "неприємність або дефект" (як згадував відомий фахівець з BJT Баррі Гілберт).
LvW

@LvW: Крім цього, його питання не "Чи регулюється струм BJT", а " Чому BJT вважається контрольованим струмом".
jbord39

3
@LvW electronics.stackexchange.com/questions/201533/… Оскільки напруга та струм у пристроях не існують без іншого, не можна сказати, що BJT - це справді пристрій з керованим напругою. Навіть модель Еберса-Молла - це не що інше, як модель (наближення, яке люди використовують, щоб абстрагувати далекі брудні деталі реального світу).
хорта

1

Побічно, два питання:
1. Чому можна вважати «керований струмом», і
2. чому це зручно розглянути BJT «керований струм».

Перше питання. Математично пристрій накладає два рівняння на простір параметрів, що включає два напруги та два струми (один може додавати температуру, деякі пов'язані з часом речі для врахування перехідних ефектів, але це не змінить кількість рівнянь). Система може бути рівномірно виражена в різних формах. На відміну від FET, де режими включення / вимкнення не відрізняються за струмом затвора, в BJT будь-яка зміна управління призводить до певних зрушень як на площинах напруги, так і на струм. На кожну площину припадає два ступені свободи. Отже, ми можемо вважати дві напруги незалежними змінними, або двома струмами. Або, скажімо,VБС і ЯЕ, залежно від інших параметрів. Без різниці.

Друге питання. Згідно здорового глузду, розумно розглядати як контроль такий параметр, невеликі зміни якого призводять до великих (але передбачуваних) змін у режимі роботи. Більше того, управління транзистором відбувається значною мірою або повністю в активному регіоні, корисному для його посилення. Найбільш очевидні параметри кандидата VБЕ і ЯБ, чиї невеликі зміни (упереджено зміщені B – E) призводять до великих змін характеристики колектора. Але наслідкиVБЕ сильно нелінійні, тоді як (для фіксованих) VБСVЕС) струми в BJT залежать від ЯБмайже лінійно. Це все.


-1

Струм колектора, за визначенням / фізикою, є функцією базового струму (і неявно вимагає струму навантаження). Правила формули BJT єЯС=βЯБ. Деβ це виграш, ЯБ - струм через перехід BE, і ЯС - (максимальний) струм через перехід СЕ.

Базова напруга (тобто напруга, виміряна на базовому терміналі щодо GND) насправді є більш-менш постійною (принаймні при насиченні), як характерне для падіння напруги вперед діода.


як ви змінюєте базовий струм?
Радж

1
Цікаво - неправильна відповідь отримує один бал. Можливо, адже відповідь була такою простою? (Я думаю, що набагато цікавіше жити, не знаючи, ніж відповіді, які можуть бути помилковими. Р. Фейнман).
LvW

3
vicatcu - ти впевнений, що маєш рацію? Чи знаєте ви, що ви абсолютно помиляєтесь? Ключовим параметром для підсилення є надпровідність gm, яка є SLOPE експоненціальної кривої Ic = f (Vbe). Що змушує вас думати, що Vbe - константа? Моя рекомендація: Перш ніж дати помилкові відповіді, проконсультуйтеся з надійним підручником.
LvW

1
@vicatcu помиляється. Фізика чітко показує, що Ie (і Ic) контролюється потенційним бар'єром переходу BE, а НЕ базовим струмом. Однак базовий струм та потенціал BE пов'язані між собою діодним рівнянням. Простіше кажучи, базове управління струмом Vbe, а потім Vbe безпосередньо керує Ie (а отже, Ic.) Іншими словами, рівняння коефіцієнта посилення струму не є фундаментальною фізикою, оскільки не існує механізму, де Ib може безпосередньо впливати на Ie або Ic. Ib має непрямий контроль над Ic (за допомогою варіацій Vbe), тому "hfe" - дуже корисна концепція. Але hfe - це не фундаментальна фізика BJT.
wbeaty

2
Знизу в ланцюзі від ОП джерело напруги, швидше за все, 0/5 В вихід контролера, а резистор обраний для встановлення базового струму, а не базової напруги. Ніхто не оскаржує фундаментальну фізику BJT, це лише практична контекстна конструкція програми.
vicatcu
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.