Чому Vbe є постійною 0,7 для транзистора в активній області?

Я візьму приклад простого загального випромінювача . Забудьте зараз про зміщення та речі, але зосередьтесь на суті цієї схеми. Як я це розумію, напруга між базовим вузлом та емітерним вузлом змінюється, що в кінцевому підсумку посилюється транзистором, внаслідок чого в вузлі колектора з’являється перевернута (посилена версія) вихідного сигналу.

Зараз я працюю над книгою; Sedra / Smith, Мікроелектроніка.

На протязі всієї цієї глави я працюю через, він говорить , що в активній області, Vbe вважається 0.7V . Це для мене просто не має сенсу, як Vbe може залишатися постійним, коли саме ця є вхідною змінною для підсилювача? Це могло б почати мати сенс для мене, якби я дивився на стадію СЕ із резистором випромінювача (виродження випромінювача), де напруга могла бути опущена через резистор. Але це не так, тож просвіти мене!

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

Інвертування рівняння струму колектора:

врожайність:

Наприклад, нехай

За допомогою цих значень знайдіть це

Тепер подвоїмо струм колектора і знайди це

Підвищення струму колектора на 100% тільки збільшило напругу базового випромінювача на 2,45%

Таким чином, в той час як це НЕ правда , що напруга база-емітер є постійним, це хороше наближення вважати його постійним у відносно широкому діапазоні струму колектора.

Vbe в кремнієвому транзисторі діє так, як би діод кремнію. Падіння напруги вперед, після проходження певної кількості струму, різко піднімається. Збільшення струму робить мізерну різницю Vf в цій точці.

Зауважте, що Vf відрізняється для германових діодів і транзисторів, природно.

Модель Ebers-Moll для випромінювального струму в біполярному транзисторі:

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

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

Сюжет Еберса-Молла

$V_{be}$

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

$V_{be}$

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

Рівень Фермі - це середня енергія рухомих електронів (або дірок) у напівпровідниковому матеріалі. Рівні Фермі виражаються в електронних вольтах (eV), і їх можна розглядати як відображення напруги, яку бачать електрони.

Внутрішній кремній (та германій) має рівень Фермі на півдорозі між верхнім краєм валентної смуги та нижнім краєм зони провідності.

Коли ви допіруєте кремній до типу P, ви додаєте багато отворів. Тепер у вас є набагато більше доступних держав-носіїв вниз біля вершини валентної смуги, і це штовхає рівень Фермі вниз близько до краю валентної смуги. Аналогічно, коли ви легуєте N-типом, ви додаєте багато електронів, що створює набагато більше доступних станів-носіїв поблизу зони провідності і штовхає рівень Фермі впритул до краю смуги провідності.

Для рівнів легування, які зазвичай знаходяться в базовому випромінюванні, різниця рівнів Фермі між P і N сторонами становить приблизно 0,7 електрон-вольт (eV). Це означає, що електрон, що рухається від N до P, скидає 0,7 еВ енергії (у вигляді фотона: саме тут світлодіоди отримують своє світло: матеріали та допінг вибираються такими, що різниця у рівнях Фермі через перехід породжує фотони при бажаній довжині хвилі, визначеній рівнянням Планка). Аналогічно, електрон, що рухається від P до N, повинен десь підхопити 0,7 еВ.

Коротше кажучи, Vbe по суті є лише різницею рівнів Фермі з двох сторін стику.

Це матеріал напівпровідників 101, в якому ви повинні зрозуміти це, перш ніж піти далі. Те, що це 101, НЕ означає, що це просто чи просто: На те, щоб закласти необхідну основу для теорії напівпровідників, потрібно два семестри обчислення, два семестри хімії, два семестри фізики та семестр диференціальних рівнянь. клас, що пояснює все вищезазначене в горілих деталях.

$V_{BE} = 0.7V$

$V_{BE}$

Хороше питання. Часто котирується Vbe 0.7V є лише наближенням. Якщо ви виміряєте Vbe транзистора, який активно підсилюється, він покаже Vbe на 0,7 В або звідти на мультиметрі, але якщо ви можете збільшити масштаб на 0,7, як це можливо за допомогою осцилографа, ви побачите крихітні варіації навколо нього , тож у будь-який момент часу це може бути 0,6989В або 0,70021В, оскільки вхідний сигнал, що сидить на цьому зміщенні - той, який ви хочете посилити, коливається приблизно в цій точці зміщення.

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

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

Ваше запитання відмінне.

Транзистори, лише теоретично, повністю закриті для будь-якого Ube <0,7 В і повністю відкриті для будь-якого Ube> = 0,7 В. У деяких транзисторах малої потужності цей ідеалізований Ube може бути 0,6 В або 0,65 В.

На практиці Ube може коливатися від 0В до 3В навіть більше для транзисторів великої потужності. На практиці транзистори злегка відкриваються для будь-якого Ube> 0 і продовжують збільшувати свою відкритість із збільшенням Ube.

Однак, як було сказано, залежність льоду або, краще сказати, Rce від Ube сильно нелінійна після заданої точки, і, таким чином, збільшення льоду не призводить до величезного збільшення Ube, все ж є таке.

Нижче 0,7 В збільшення льоду може бути дещо лінійним, і це залежить від транзистора.

Максимальний Ube на максимальному льоду легко від 2,5 до 3В для величезних потужних транзисторів та льоду, більший за 25А.

Однозначно: в аналогових програмах залежність льоду від Ube обов'язково слід враховувати, головним чином, для транзисторів високої потужності або великого струму.

Подивіться на 2N5302, який має Ube = 3V при льоду = 30A та Uce = 4V.

В кінці цієї публікації ви дізнаєтесь, як обчислити коефіцієнт посилення напруги біполяра.

Розглянемо таблицю Vbe проти колекторного струму для уявного біполярного:

VBE Ic

0,4 1uA

0,458 10uA Помітьте на 58mV більше Vbe дає рівно на 10 разів більше струму.

0,516 100uA

0,574 1mA

0,632 10mA

0,690 100 мА [транзистор ГОРЯЧИЙ, тому струм може втекти і розплавити транзистор (відомий ризик при біполярних змінах з постійною базовою напругою)]

0,748 1АМП транзистор ГОРЯЧИЙ

0,806 Транзистор 10Amps ГОРЯЧИЙ

Чи можемо ми реально керувати біполярним транзистором над струмом колектора від 1uA до 10Amps? Так, якщо це силовий транзистор. А при більш високих струмах ця тонка таблиця - показуючи на 58 міліВольтів більше Vbe виробляє в 10 разів більше струму --- втрачає точність, оскільки сильний кремній має лінійний опір, і криві прослідковувачі це покажуть.

Як щодо змін менших, ніж 58mV? Vbe Ic 0,2 вольт 1 наноампер (приблизно 3 коефіцієнти на 58 мВ нижче 1уА на 0,4 В) 0,226 2,78 наноАмпер (0,026 В фізики дає Е ^ 1 більше I) 0,218 2 000 наноАмп 0,236 4 000 наноАмп 0,254 8 000 наноАмпер (ви знайдете N * 18mV в напрузі)

Гаразд, достатньо таблиць. Дозволяє переглядати біполярний транзистор, подібний до вакуумних трубок або MOSFETS ..............., як трандуктори, де зміни вхідної напруги викликають зміни вихідного струму.

Біполяри цікаво використовувати, тому що ми точно знаємо транскодукційність будь-якого біполярного, якщо ми знаємо струм колектора постійного струму (тобто без вхідного змінного сигналу).

Коротко кажучи, ми позначаємо це "gM" або "gm", тому що в книгах вакуумних труб використовували змінну "взаємна перепровідність", щоб пояснити, як напруга Grid контролювала струм пластини. Ми можемо вшанувати Лі деФореста, використовуючи для цього gm.

Гм біполярного, при 25 градусах Цельсія, і знаючи, що kt / q становить 0,026 вольт, становить -------> Ic / 0,026, а якщо струм колектора становить 0,026 ампер (26 міліамп), то гм - 1 ампер на вольт.

Таким чином, 1 мілівольт ПП на базі викликає струм змінного струму на колекторі 1milliAmp PP. Ігнорування деяких спотворень, які можна передбачити, використовуючи Taylor Series. Або праці Баррі Гілберта про IP2 та IP3 для біполярів.

Припустимо, у нас є резистор 1Ком від колектора до +30 вольт, що несе 26 мА. Vce 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 вольта, тому біполярний знаходиться в "лінійній" області. Який наш прибуток?

Коефіцієнт посилення дорівнює gm * Rcollector або 1 amp / volt * 1000 Ом або Av = 1000x.

Ваше запитання:

як Vbe може залишатися постійним, коли саме ця є вхідною змінною для етапу підсилювача?

Проста відповідь полягає в тому, що, ну, це не так:

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

Але зараз я спробую відповісти на те, що, на мою думку, є вашим фактичним сумнівом. Я думаю, що ви змішуєте концепцію від постійного аналізу та невеликого аналізу сигналу ланцюга.

Те, що ви називаєте "вхідною змінною", насправді є компонентом змінного струму поверх компонента постійного струму:

$V_{BE}$

Я думаю, що тепер ви можете бачити, звідки беруться ваші плутанини. Не хвилюйтесь, це досить поширена плутанина. Я завжди думав, що більшість викладачів і книг не дуже добре пояснюють, як думати в аналізі постійного струму проти невеликого аналізу сигналів і які припущення слід застосовувати в кожному з них.

Підсумовуючи все це:

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

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

Примітка. Ви можете знайти джерело діаграми вище тут .