Чому струм досі протікає через колектор, хоча транзисторна схема не має Vcc

Я натрапив на підручник, де я вважав, що вищевказана схема BJT NPN є неправильною через зроблені висновки.

Але коли я імітував цю схему, я з'ясував, що висновки були правдивими.

Я був зовсім спантеличений і, здається, маю деякі принципові помилки щодо поведінки транзисторів.

Вищенаведена схема не працює від живлення. Немає Vcc. Існує вхідна напруга Vin, яке збільшується від нуля до 1В.

Нижче наведено графік вихідної напруги Vout щодо Vin:

А тут нижче графік - струм через навантаження I (Rload) і струм колектора Ic по відношенню до Vin.

Питання:

Моя плутанина полягає в тому, як виникають будь-які поточні форми і протікають через колектор і Rload, коли немає ніякої різниці між потенціалом колектора транзистора і випромінювача.

Відповідно до сюжету, схоже, KCL задоволений, тому що I (Rload) + Ic = 0.

Але те, що я не розумію, як формується та протікає поточний шлях.

Якщо хтось запитає мене, я б сказав: "Струм буде текти від основи до випромінювача, отже, до землі. Не буде струму через навантаження, і там Vout буде нульовим".

Я цілком спантеличений цією схемою. Очевидно, на мою думку щось не так. Чому поточний цикл відбувається саме так?

Це стосується структури транзистора BJT. Давайте подивимось на NPN:

^{Джерело зображення}

У вас є колекторна область, виготовлена ​​з напівпровідника N-типу, основи типу P та випромінювача N-типу. Я не збираюся вникати в деталі, оскільки це виходить за межі питання, але давайте достатньо питання - чи не схожі колектор та випромінювач?

Що ви зробили, це підключити випромінювач до землі, а колектор - заземлити за допомогою резистора. Потім ви застосували напругу до основи.

Зазвичай те, що ви очікували при напрузі на базі, - це струм, що надходить від основи до випромінювача - це в основному діод, основою якого є анод, а випромінювач - катодом. Якщо напруга на катоді перевищує базу, цей потік струму через базовий випромінювальний перехід призведе до течії струму від колектора до випромінювача.

Однак у вашому випадку колектор знаходиться не у більшому потенціалі, ніж у основи, він у меншому потенціалі. Ось звідки виникає моє запитання - так само, як з'єднання база-емітер, з'єднання база-колектор - це також перехід PN, який також є діодом. Знову основою є анод, але цього разу колектором є катод. Це означає, що коли ви застосовуєте більш високу напругу на базі, ніж на катоді, струм буде протікати від основи через катод.

Тепер у вас є струм, що протікає від основи до катода, через резистор до землі, таким чином загадковий потік струму ідентифікується.

Щоб уточнити далі, ось ваша схема, якщо ми розглянемо переходи PN як діоди (*):

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Ви можете бачити, як струм тепер може протікати як через діод Базового випромінювача, так і на діод Базис-Колектор.

З точки зору того, чому ваш поточний графік показує струм колектора як негативний, це майже напевно зводиться до того, як ви пробували дріт під час моделювання.

Імітаційний зонд буде встановлений таким чином, що струм потоку в колектор вважається "позитивним". Крім того, буде встановлений другий зонд, тому потік струму через резистор зверху вниз вважається "позитивним".

Однак в цьому випадку струм витікає з колектора ("негативний" з точки зору зондів) і в резистор ("позитивний" з точки зору другого зонда). В результаті виникає розбіжність у знаку.

В основному це як би мати два амперметри послідовно, але один з'єднаний назад. Вони покажуть рівні, але протилежні показання.

Інформація про бонус

Тепер струм Base-Collector буде значно нижчим, ніж струм Base-Emitter, частково тому, що у вас є серійний резистор від колектора до землі, який знизить деяку напругу і так обмежить струм (подібно до того, як ставити резистор послідовно зі світлодіодом) , але також частково тому, що структура NPN є більш складною.

Випромінювач легований сильніше, ніж колектор, що означає, що перехід BE фактично матиме набагато менший перепад напруги вперед, ніж перехід BC. В результаті навіть без резистора струм ВС буде значно меншим, ніж струм BE.

Насправді ви можете використовувати транзистор BJT у зворотному режимі (замінюючи C і B), але продуктивність буде значно знижена.

^{(*) Диодний вигляд не повністю представляє транзистор NPN. Якщо ви склеїте два діоди разом, ви не отримаєте транзистор NPN через металеві виводи діода між іншим. Однак він точно зображує ефект, який ви бачите.}

Це розроблено як доповнення до вичерпної відповіді Тома, і на нього можна відповісти, зробивши «крок назад». Це відповідь про моделі.

Транзистор - складний об'єкт. Для багатьох цілей це можна спростити, замінивши його на модель, яка захоплює деяку, але не всю її поведінку.

Наприклад, під час вимірювання транзистора за допомогою функції «випробування діодом» DMM модель «двох діодів» пояснює вимірювання. Але це не говорить вам, звідки беруться прибутки. Модель для цього занадто проста.

При зміні транзистора "нормально", наприклад, для створення загального випромінювача випромінювачів, модель "джерела струму з керованим струмом" фіксує набагато більше поведінки, дозволяє обчислювати струми зміщення та коефіцієнти посилення. Але це занадто просто і абстрактно, щоб пояснити, що відбувається в питанні про ОП.

Коли люди використовують моделі, це звичайно, щоб зафіксувати найпростішу поведінку за своїм призначенням, і не більше. Як такий, ми зазвичай можемо знайти кутові корпуси, які ілюструють недоліки будь-якої моделі. Тоді нам потрібно знайти більш повну модель, стиснути і проаналізувати повний складний об'єкт, або вирішити, що нам не потрібна додаткова точність і знайти спосіб працювати з наближенням моделі (всі три зроблені за різних обставин).

Мене завжди бавила модель людей, яку мій бос використовував, коли розробляв, скільки людей призначається якому-небудь інженерному проекту, він замінить людей на «бляшанки м’ясного обіду», які б захопили неподільність, частину біології , і (можливо, мій пост-хок, можливо його підтекст) неможливість знати, що ви збираєтеся отримати, поки ви не відкриєте бляшанку і, ймовірно, розчаруєтесь. Подивимось, у нас бюджет складає 2 мільйони за 4 роки, тому ми можемо дозволити собі покласти на нього 5 бляшанок обіднього м’яса! Незважаючи на те, що модель трохи спрощує деталі, я не пам'ятаю, щоб він був менш успішним у плануванні ресурсів, ніж будь-який інший менеджер проекту.

Просто додавши пару балів до відмінної відповіді Тома Карпентера

Вищенаведена схема не працює від живлення.

V _в - джерело живлення.

... як виникають будь-які поточні форми і протікають через колектор і Rload, коли між колектором транзистора і випромінювачем немає різниці потенціалів?

V _out - різниця потенціалів між колектором транзистора та його випромінювачем. Ваші сюжети чітко показують, що це не нуль.

Крім того, ваші ділянки показують струм через R _{навантаження} . Ніколи не може бути струм через резистор без різниці потенціалів між його клемами. Це Закон Ома.