ทำไม BJT จึงถูกพิจารณาว่าเป็น

ด้วย BJTs เราสามารถควบคุมกระแสฐานโดยใช้ Vin (จากแผนภาพ) ทำไมตำราเรียนระบุว่า BJTs ควบคุมปัจจุบันเมื่อเห็นได้ชัดว่าการเปลี่ยนแรงดันควบคุมกระแสผ่านตัวสะสม

ในวงจรด้านบน Vin กำลังควบคุมกระแสที่ไปยังฐานไม่ใช่แรงดันตกคร่อมบนฐานและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์เอง

แรงดันตกคร่อม Vbe จะอยู่ที่ประมาณ 0.7V สำหรับ Vin> 0.7; แรงดันไฟฟ้าส่วนเกินจะลดลงทั่ว R1

ด้วยการเปลี่ยน Vin คุณจะสามารถควบคุมกระแสไปยังฐานโดยอิงตามสมการได้จริง:

คำนำ

มาเริ่มด้วยการพูดนอกเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ : อะไรที่ทำให้เครื่องกำเนิดเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปัจจุบันแทนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดูที่ลักษณะ VI: ส่วนที่แรงดันคงที่ส่วนใหญ่ (เกือบจะเป็นแนวนอนในระนาบ IV) จะถูกเรียกว่าเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าส่วนหนึ่งที่มีกระแสคงที่ส่วนใหญ่ (เกือบแนวนอนในระนาบ VI) จะถูกเรียกว่าเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า

(รูปภาพที่นำมาจากเว็บไซต์ Electronics Tutorials)

นี่เป็นเพราะ 'การเน้นเสียง' นั้นอยู่ในปริมาณคงที่ (แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าที่ให้ - ในขณะที่ปริมาณอื่นนั้นแปรผันตามภาระและความสอดคล้องของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) (หมายเหตุ 1)

ในอุปกรณ์ที่ควบคุมสำเนียงจะอยู่ที่ปริมาณตัวแปร เมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะการป้อนค่าเลขชี้กำลังซึ่งทำให้ Vbe เกือบคงที่จึงเป็นค่าปัจจุบันที่คุณต้องการดูว่าเป็นตัวแปรควบคุม นี่เป็นผลโดยตรงจากการแพร่กระจายของข้อผิดพลาด: เมื่อคุณมีฟังก์ชั่นชันข้อผิดพลาดเล็ก ๆ ในปริมาณคงที่ x จะกลายเป็นข้อผิดพลาดที่ใหญ่กว่ามากในปริมาณที่แตกต่างกัน q (และในทางกลับกัน)

ภาพที่ถ่ายจาก "การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดเบื้องต้น" เทย์เลอร์และบิดเบี้ยวเพื่อให้เหมาะกับวัตถุประสงค์

บรรทัดล่างคือมันง่ายกว่าที่จะแยกแยะความแตกต่างระหว่าง 10 e 40 uA (อัตราส่วน 1 ต่อ 4) กว่ามันจะแยก 0.65 และ 0.67 V (อัตราส่วน 1 ต่อ 1.03) (หมายเหตุสำหรับจิตใจที่มีความยืดหยุ่นน้อยกว่า: เช่นค่าที่มากขึ้นกว่าที่ฉันเคยใช้ก่อนการแก้ไขนี้ค่าเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงที่มองเห็นได้ในสิ่งที่คุณต้องการเห็นว่าเป็นตัวแปรควบคุม - กระแสเข้าฐาน - และการเปลี่ยนแปลงที่อ่อนแอของแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณ)

สิ่งที่ง่ายที่สุด

คุณสามารถเห็นสาเหตุที่เรียกว่าการควบคุมปัจจุบันโดยการผลักดันมันถึงขีด จำกัด โดยการใช้แบบจำลองที่ง่ายที่สุดสำหรับ BJT ดังที่แสดงโดย Chua, Desoer และ Kuh ใน "วงจรเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น": ในภาพต่อไปนี้ไดโอดทุกตัวในอุดมคติ เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และเป็นความต้านทานแบบอนุกรมวงจรเหล่านี้เป็นวงจรเปิดที่สมบูรณ์แบบเมื่อเอนเอียงแบบย้อนกลับ

E0 เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ให้กับคุณลักษณะอินพุตในขณะที่การกระทำของทรานซิสเตอร์แสดงโดย ic = beta * ib โปรดทราบว่าเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมในปัจจุบัน นี่คือลักษณะอินพุตและเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน

ค่อนข้างง่ายใช่มั้ย คุณสามารถเปรียบเทียบพวกเขากับลักษณะที่เกิดขึ้นจริงและดูว่าพวกเขามีลักษณะคล้ายกับพวกเขา ง่ายเหมือนเดิมนี่คือโมเดลที่ถูกต้องและสามารถใช้กับวงจรจำลองได้โดยการเปลี่ยน ib (คุณไม่สามารถเปลี่ยน Vbe ในรุ่นนี้ได้เนื่องจากมันได้รับการแก้ไข) คุณเปลี่ยนค่าของ Ic คุณสามารถดูวิธีที่คุณสามารถเปลี่ยนแปลง ib โดยการตัดคุณสมบัติอินพุตด้วยบรรทัดโหลดอินพุต

โดยการเปลี่ยน E1 (ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของ BJT) คุณเปลี่ยน ib (ส่วนหนึ่งของ BJT) จากนั้นคุณสามารถหาค่าของ ic ที่สอดคล้องกับค่าของ ib เลือกคุณลักษณะเอาต์พุตที่สอดคล้องกันและค้นหาแรงดันไฟฟ้าโดยการแยกกับสายโหลดเอาต์พุต

ใครบางคนจะกระโดดขึ้นกรีดร้องด้วยเสียงร้อง " อะไรคุณกำลังใช้เบต้าในการออกแบบเครื่องขยายเสียงที่จะนำไปผลิตทั่วโลกสำหรับแอปพลิเคชันนิวเคลียร์ที่มีความสำคัญต่อภารกิจหรือไม่นอกจากนี้คุณคิดว่าเบต้ามาจากไหน? สามารถเปลี่ยนแปลงได้มากถึงร้อยละเก้าสิบ gazillions เพียงแค่มองมัน? "

ประเด็นก็คือสำหรับทรานซิสเตอร์ที่กำหนดคุณมีค่าเบต้าที่กำหนดไว้อย่างสมเหตุสมผล (คุณสามารถวัดได้ล่วงหน้าดังนั้นจึงไม่สำคัญว่าล็อตการผลิตจะแสดงการกระจายที่น่าอับอาย) และถ้าคุณไม่เดินไกลเกินไปคุณสามารถเพิกเฉยได้ การเปลี่ยนแปลงของมันกับพารามิเตอร์ไฟฟ้าอื่น ๆ โปรดทราบว่านี่เป็นรูปแบบที่เรียบง่ายซึ่งไม่ได้จำลองรุ่นเบต้าที่มีอุณหภูมิกระแสหรือแม้แต่สีผม มันเป็นรูปแบบที่เรียบง่ายที่จับใจความสำคัญของการกระทำของทรานซิสเตอร์ในลักษณะเดียวกับ "transistor man" ที่บางครั้งประจบประแจงจาก The Art of Electronics

คุณสามารถหาความถี่ cutoff ของทรานซิสเตอร์จากรุ่นนี้ได้หรือไม่? Nope คุณสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ล่วงหน้ากับรุ่นนี้ได้หรือไม่ Nope คุณสามารถอธิบายความต้านทานต่างของ BE junction กับรุ่นนี้ได้หรือไม่? Nope คุณสามารถอธิบายการผลิตคู่ของประจุเนื่องจากการแผ่รังสีได้หรือไม่? Nope คุณสามารถอธิบายการควอนตัมฟิลด์สองและการดัดงอของกาลอวกาศได้หรือไม่? Nope

นี่หมายความว่ารุ่นนี้ไร้ประโยชน์อย่างสมบูรณ์หรือไม่? Nope พฤติกรรมที่ง่ายที่สุดของรุ่นนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดตำราเรียนหลายฉบับระบุว่า BJT ถูกควบคุมในปัจจุบัน ลักษณะการป้อนข้อมูลจริงคล้ายกับบรรทัดแนวตั้งที่คุณสามารถปรับเปลี่ยน ib เท่านั้นและไม่ใช่ vbe ซึ่งค่าจะถูกพิจารณาว่าคงที่ (และนี่คือเหตุผลว่าทำไมฉันถึงพูดนอกเรื่องตอนต้นของคำตอบนี้)

คุณอาจต้องการเปรียบเทียบรุ่นที่ง่ายที่สุดสำหรับ Mosfet: หน้า 151 ของ Chua ก็มีเช่นกัน

อย่างที่คุณเห็นกระแสไฟเกตได้รับการแก้ไข (ที่ศูนย์จะเป็นแบบ pedantic) ซึ่งเป็นเงื่อนไขคู่กับที่แสดงใน BJT: คุณลักษณะอินพุต VI เป็นแนวนอน การควบคุมเพียงอย่างเดียวที่คุณมีที่นี่คือโดย vgs นี่หมายความว่าเรากำลังปฏิเสธการมีอยู่ของเอฟเฟกต์อุโมงค์หรือไม่ ไม่นี่เป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น แบบจำลองที่เรียบง่ายที่เหนือสิ่งอื่นใดไม่ได้พิจารณาการสร้างช่องสัญญาณ แต่ยังสามารถแสดงให้เห็นได้ว่าทำไมในมอสเฟตคุณจึงทำงานกับแรงดันไฟฟ้าที่เกต

จนถึงตอนนี้เราได้เห็นแล้วว่าความสัมพันธ์ (ง่าย) ระหว่าง ib และ ic สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นการควบคุมของ ic โดยใช้ ib ผ่านเบต้า แต่เราสามารถใช้อัลฟ่าทำไมไม่ได้ ให้ฉันพูดคำต่อคำตำราเรียนอื่นที่พิจารณาอุปกรณ์ควบคุมปัจจุบันของ BJT: "ควอนตัมฟิสิกส์ของอะตอมโมเลกุลโมเลกุลของแข็งนิวเคลียสและอนุภาค 2e" โดย Eisberg และ Resnick, p. 474 (ในหน้า 475 แสดงการกำหนดค่าพื้นฐานทั่วไป):

แนวคิดพื้นฐานของการกระทำของทรานซิสเตอร์คือกระแสในวงจรตัวปล่อยจะควบคุมกระแสในวงจรตัวสะสม มากกว่า 90% ของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าเพื่อให้กระแสมีขนาดใกล้เคียงกัน แต่แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บรวบรวมฐานสามารถมากกว่ามากผ่านการเชื่อมต่อฐาน emitter เพราะอดีตเป็นลำเอียงแบบย้อนกลับดังนั้นกำลังงานในวงจรสะสมสามารถมีขนาดใหญ่กว่ากำลังไฟเข้ามากในวงจรตัวส่ง . ดังนั้นทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นเพาเวอร์แอมป์

สุภาพบุรุษสองคนนี้หลงลืมบทบาทของกลศาสตร์ควอนตัมในทฤษฎีวงดนตรีของแข็งหรือไม่? พวกเขาไม่เคยได้ยินสถิติควอนตัมหรือไม่? พวกเขารู้หรือไม่ว่ารูเป็นอะไร (ไม่ต้องพูดถึงเทมโก้) พวกเขาอาจลืมไปหรือไม่ว่าการใช้แรงดันไฟฟ้าสามารถแก้ไขโปรไฟล์ระดับพลังงานที่เกิดจากแถบวาเลนซ์และตัวนำได้หรือไม่? ฉันไม่คิดอย่างนั้น พวกเขาเลือกแบบจำลองที่เรียบง่ายขึ้นเพื่ออธิบายว่าจะตีความการกระทำของทรานซิสเตอร์ได้อย่างไร

ศิลปิน Bruno Munari เคยกล่าวไว้ว่า: " การทำให้ซับซ้อนนั้นง่ายการทำให้ซับซ้อนนั้นซับซ้อน ... ทุกคนสามารถทำให้ซับซ้อนได้ ในกลุ่มอื่น ๆ Chua, Desoer, Kuh, Eisberg และ Resnick เลือกที่จะลดความซับซ้อน

ใครเล่นเป็นเบสก่อน?

ตอนนี้กลับไปที่ทรานซิสเตอร์จริง (เกือบ) นี่คือ vbe chars แรกที่ฉันพบหลังจากการค้นหารูปภาพของ Google :

Dunno ถ้ามันเป็นของจริง แต่มันดูน่าเชื่อถือ สิ่งที่สังเกตได้ที่นี่คือเมื่อ ib เปลี่ยนไปอย่างมากโดยร้อยละ 100 vbe เปลี่ยนแปลงด้วยจำนวนที่ค่อนข้างน้อยเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ นี่เป็นเพราะความสัมพันธ์แบบเอ็กซ์โพเนนเชียลของทางแยก BE สมมติว่าคุณต้องการใช้ BJT นี้เพื่อผลิต 10 mA ในวันคี่และ 15 mA ในวันคู่ คุณมีห้องทดลองเยอรมันวัดค่าเบต้าของทรานซิสเตอร์เฉพาะในมือของคุณและมันออกมาเป็น 250 ในช่วงที่น่าสนใจ สมมติว่าคุณมีเครื่องกำเนิดกระแสและแรงดันที่มีความแม่นยำ 10%

การควบคุมปัจจุบัน : คุณสามารถใช้ ic = beta ib เพื่อค้นหาค่าของ ib ที่คุณต้องตั้งค่า ค่าเล็กน้อยที่ 10 และ 15 mA ของ ic ต้องการค่าเล็กน้อยที่ 40 e 60 uA สำหรับ ib ด้วยความแม่นยำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในปัจจุบันคุณคาดว่าจะเห็นช่วงกระแสต่อไปนี้ในอินพุตและเอาต์พุต:

ib = 36-44 uA -> ic = 9-11 mA ib = 54-66 uA -> ic = 13.5-16.5 mA

การควบคุมแรงดันไฟฟ้า : คุณไม่เชื่อในเบต้าดังนั้นคุณต้องระบุแรงดันไฟฟ้าที่สร้าง vbe เป็น ... ใช่มันคืออะไร ไปอ่านมันในกราฟด้านบน (แต่คุณจะต้องยอมรับความสัมพันธ์ที่น่ากลัว ic = เบต้า ib) ฉันเดาว่าคุณจะต้องใช้โมเดล Ebers-Moll เพื่อคำนวณค่าให้เป็นค่าที่ต้องการสำหรับ ic แต่สมมุติว่าเรากำหนดว่ามันแม่นยำ 0.65 และ 0.67V (เหมือนกับที่ผมใช้ค่าที่แม่นยำสำหรับเบต้าด้านบน) เมื่อเราพยายามตั้งค่าที่แม่นยำเหล่านั้นเครื่องกำเนิดความแม่นยำ 10% ที่ผลิตในประเทศจีนจะจัดหาช่วงแรงดันไฟฟ้าต่อไปนี้

0.585 - 0.715 V -> กลับสู่ Ebers-Moll เพื่อคำนวณ ic, ... เลวร้ายเกินไปความไม่แน่นอนจะได้รับการยกกำลัง ...

0.603 - 0.737 V -> ไม่รอก่อนคำนวณ ...

... ดูเหมือนว่าเรามีการซ้อนทับอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่เรากำลังจัดหา: เราอาจไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างจากวันคี่ได้

ฉันคิดว่ามันดีกว่าที่จะหันไปใช้ฐานปัจจุบันเพื่อควบคุมตัวสะสมกระแสไฟฟ้า

ด้วยการควบคุมปัจจุบันแม้ว่าฉันจะอนุญาตให้เกิดข้อผิดพลาด 10% จากค่าที่วัดได้ของเบต้าฉันก็ยังสามารถทำออกมาได้สองช่วงของกระแส (8.10-12.10 mA เทียบกับ 12.15-18.15 mA) ที่ตรงกับคี่และ แม้กระทั่งวัน

ด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าหากคุณเพิ่มข้อผิดพลาด 10% ในค่า (หรืออ่านจากแผนภาพ) ที่คำนวณได้ของแรงดันไฟฟ้า (และฉันใจกว้างเพราะข้อผิดพลาดนั้นจะถูกขยาย) คุณจะสูญเสียความไม่แน่นอนไปแล้ว นี่คือทฤษฎีการแพร่กระจายข้อผิดพลาดพื้นฐาน

ช่วงระยะหยุดพัก

โพสต์นี้ใช้เวลาฉันจะกลับมาอีกเพื่อเพิ่มบางอย่างเพิ่มเติม ให้ฉันตอบคำถามเกี่ยวกับสงครามศาสนาที่คุณอาจพบเห็น มันเกี่ยวกับอะไร?

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตตซึ่งจำเป็นต้องอธิบายการทำงานภายในโดยใช้กฎของฟิสิกส์ควอนตัม เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างของระดับพลังงานของพาหะไฟฟ้าในของแข็งมันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะหันไปใช้ระดับพลังงานเพื่อแสดงถึงการทำงานภายในของอุปกรณ์เหล่านี้ พลังงานและศักยภาพมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดดังนั้นโมเดลส่วนใหญ่จึงมักแสดงปริมาณที่เกี่ยวข้องในการทำงานของศักยภาพ (ความแตกต่าง) เหตุผลที่ฉันเขียน

หมายเหตุ: การพึ่งพา Vbe ที่แสดงในโมเดล Ebers-Moll นั้นไม่ได้หมายถึงความสัมพันธ์เชิงเหตุและผล มันง่ายกว่าที่จะเขียนสมการในลักษณะนั้น ไม่มีใครห้ามไม่ให้คุณใช้งานฟังก์ชันผกผัน

นั่นคือแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดเช่นกัน: มันเป็นปริมาณของการเรียงลำดับการไหลของความพยายามดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วคุณจะไม่สามารถมีมันได้ มันเป็นเรื่องละเอียดอ่อนและฉันคิดว่าควรพิจารณาด้วยว่ามันหมายถึงอะไรเพื่อสร้างความต่างศักย์ มันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยการแทนที่ประจุ (โดยปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าในแบตเตอรี่, โดยการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงกล) ฉันสงสัยว่าในท้ายที่สุดอุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกควบคุมการชาร์จโดยทั่วไป: คุณย้ายการชาร์จจากที่นี่ไปที่นั่นและรับผลกระทบบางอย่าง

ฉันสงสัยว่าแซ็กซอน 'การควบคุมแรงดันไฟฟ้า' กำลังสมมติว่า 'การควบคุมปัจจุบัน' ได้เรียนรู้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในหนังสือ Forrest Mims 'และไม่เคยเห็นฟิสิกส์ควอนตัมสถานะของแข็งหรือหนังสืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ดูเหมือนว่าพวกเขาจะไม่สนใจความหมายของการควบคุมตัวแปรเนื่องจากตัวแปรหนึ่งเลือกที่จะตั้งค่าให้ควบคุมการทำงาน ฉันหวังว่าคำพูดจาก Eisberg & Resnick (นักฟิสิกส์ 'สองคนที่แข็งแกร่ง' ถ้าคุณอนุญาตให้ฉันเล่นสำนวน) จะแสดงให้พวกเขาเห็นว่านี่ไม่ใช่กรณี

หมายเหตุ (1) เส้นโค้งกำเนิดที่สมบูรณ์แบบเป็นเช่นนั้น: อุดมคติ ลองนึกภาพการเปลี่ยนจากเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติไปเป็นเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าอุดมคติผ่านเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ดีเฉลี่ยและมีหมัด

โดยทั่วไปแล้วคุณสามารถจินตนาการว่า BJT เป็นแหล่งจ่ายกระแสควบคุมปัจจุบันเมื่อค้นหาจุดไบอัสในแอปพลิเคชันเชิงเส้น (สัญญาณขนาดใหญ่) $I_C=\beta I_B$

มันมีประโยชน์มากกว่าที่จะคิดว่ามันเป็นแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันที่มีการควบคุมเมื่อคุณกำลังทำวิเคราะห์ขนาดเล็กสัญญาณเช่นสำหรับ amplifier- ใช้โหมดไฮบริดปี่ลิตร

ไม่มีประโยชน์อย่างใดอย่างหนึ่งเมื่อคุณประเมินแอพพลิเคชั่นสวิตชิ่งเนื่องจากกระแสไฟฟ้าพื้นฐานจะสูงพอที่กระแสไฟสะสมจะถูกกำหนดโดยวงจรภายนอกและไม่ได้ตามลักษณะของทรานซิสเตอร์

BJT ไม่ได้ควบคุมในปัจจุบัน แต่สำหรับการประมาณที่มีประโยชน์มันจะทำงานในลักษณะนั้น ภายใต้โมเดล BJT ที่แม่นยำยิ่งขึ้นเช่นEbers-Mollกระแสของตัวสะสมไม่ใช่ฟังก์ชันของกระแสไฟฟ้าพื้นฐาน แต่เป็นแรงดันไฟฟ้าพื้นฐาน ($V_{BE}$)

คำตอบอื่น ๆ ได้แสดงความคิดเห็นว่า BJT นั้นควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือควบคุมด้วยกระแสหรือทั้งสองอย่าง ในคำตอบของฉันฉันต้องการที่อยู่แทนนี้:

เมื่อใดที่เห็นได้ชัดว่าการเปลี่ยนแรงดันจะควบคุมกระแสผ่านตัวสะสม

พิจารณาวงจรทางเลือกต่อไปนี้:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ไม่ชัดเจนว่า

และ

และทำให้กระแสฐานควบคุมกระแสผ่านตัวสะสม?

ใช่คุณอาจคัดค้านการเปลี่ยนแปลง $I_B$ จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลง $V_{BE}$ เป็นต้น แต่นั่นเป็นดาบสองคมเนื่องจากการคัดค้านนั้นใช้ได้ทั้งสองทางคือการเปลี่ยนแปลง $V_{BE}$ จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลง $I_B$.

ดังนั้นไม่มีก็ไม่เห็นได้ชัดโดยตัวอย่างของคุณว่าเป็น BJT ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ภาคผนวก: มีข้อโต้แย้งเล็กน้อยในความคิดเห็นเกี่ยวกับคำถามที่ว่านักสะสมปัจจุบันของ BJT แบบสแตนด์อโลนถูกควบคุมโดยพื้นฐานหรือไม่ $v_{BE}$ หรือ $i_B$. เป็นเรื่องง่ายที่จะยืนยันกับ SPICE ว่าใครสามารถควบคุมตัวรวบรวมกระแสได้โดยการควบคุมกระแสฐานด้วยแหล่งที่มาปัจจุบัน:

ในทำนองเดียวกันหนึ่งสามารถยืนยันได้ว่าสามารถควบคุมการสะสมในปัจจุบันโดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าฐานอีซีแอลที่มีแหล่งกำเนิดแรงดัน

ผู้ใช้สองสามคนได้แสดงจุดยืนอย่างแรงกล้าว่าปัจจุบันตัวเก็บรวบรวม BJT นั้นควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน

เป็นเวลานานแล้วที่ฉันเรียนฟิสิกส์สถานะของแข็งดังนั้นฉันจึงตัดสินใจที่จะศึกษาห้องสมุดตำรา EE ของฉัน หนังสือเล่มแรกที่ฉันดึงออกมาจากชั้นวางคือ " โซลิดสเตตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ " ฉบับที่ 3

นี่คือคำพูดที่กว้างขวางจากหัวข้อ 7.2.2:

มันยังคงที่จะแสดงให้เห็นว่าสะสมในปัจจุบัน $i_C$ สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันขนาดเล็ก $i_B$.

ในการอภิปรายถึงจุดนี้เราได้ระบุการควบคุมของ $i_C$ โดยตัวปล่อยกระแสไฟฟ้า $i_E$ด้วยกระแสฐานลักษณะเป็นผลข้างเคียงขนาดเล็ก ในความเป็นจริงเราสามารถแสดงจากข้อโต้แย้งความเป็นกลางของการเรียกเก็บเงินได้$i_B$ สามารถใช้เพื่อกำหนดขนาดของ $i_C$.

ให้เราพิจารณาทรานซิสเตอร์ของรูปที่ 7-6 $i_B$จะถูกกำหนดโดยวงจรการให้น้ำหนัก เพื่อความเรียบง่ายเราจะสมมติประสิทธิภาพการฉีดของอีซีแอลและความอิ่มตัวของคอลเล็กชั่นในปัจจุบัน เนื่องจากบริเวณฐาน n-type เป็นกลางทางไฟฟ้าสถิตย์ระหว่างสองช่วงการเปลี่ยนผ่านการมีรูส่วนเกินในการขนส่งจากตัวส่งถึงตัวสะสมเรียกร้องให้ชดเชยอิเล็กตรอนส่วนเกินจากหน้าสัมผัสฐาน

อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างที่สำคัญในเวลาที่อิเล็กตรอนและหลุมใช้ในฐาน หลุมส่วนเกินโดยเฉลี่ยใช้เวลา $\tau_t$หมายถึงเวลาการขนส่งจากตัวส่งถึงตัวสะสม ตั้งแต่ฐานกว้าง$W_b$ ทำขนาดเล็กเมื่อเทียบกับ $L_p$เวลาการขนส่งนี้น้อยกว่าอายุการใช้งานรูโดยเฉลี่ยมาก $\tau_p$.

ในทางกลับกันอิเล็กตรอนส่วนเกินที่ได้จากการใช้ฐานสัมผัสนั้น $\tau_p$ไม่กี่วินาทีในฐานที่จ่ายพื้นที่ให้ประจุเป็นกลางระหว่างอายุการใช้งานของรูส่วนเกินโดยเฉลี่ย ในขณะที่อิเล็กตรอนเฉลี่ยรออยู่$\tau_p$ วินาทีสำหรับการรวมตัวกันอีกครั้งหลุมแต่ละแห่งสามารถเข้าและออกจากบริเวณฐานแต่ละแห่งมีเวลาการขนส่งโดยเฉลี่ย $\tau_t$. โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่เข้ามาจากฐานสัมผัส$\frac{\tau_p}{\tau_t}$รูสามารถผ่านจากตัวส่งถึงตัวสะสมได้ในขณะที่ยังคงรักษาความเป็นกลางของประจุไฟฟ้า ดังนั้นอัตราส่วนของตัวสะสมกระแสต่อกระแสไฟฟ้าพื้นฐานจึงเป็นเพียง

$$\frac{i_C}{i_B} = \beta = \frac{\tau_p}{\tau_t}$$

สำหรับ $\gamma = 1$ และความอิ่มตัวของตัวสะสมเล็กน้อย

ถ้าอิเล็กตรอนส่งไปที่ฐาน $(i_B)$ถูก จำกัด การรับส่งข้อมูลของรูจากตัวส่งไปยังฐานจะลดลงตามลำดับ สิ่งนี้สามารถโต้เถียงได้ง่ายๆโดยสมมติว่าการฉีดหลุมดำเนินต่อไปแม้จะมีข้อ จำกัด เกี่ยวกับอิเล็กตรอนจากการสัมผัสกับฐาน ผลที่ได้คือการสะสมประจุบวกในฐานและการสูญเสียอคติไปข้างหน้า (และดังนั้นจึงสูญเสียการฉีดหลุม) ที่ชุมทางตัวปล่อย เห็นได้ชัดว่าอุปทานของอิเล็กตรอนผ่าน$i_B$ สามารถใช้เพื่อเพิ่มหรือลดการไหลของรูจากตัวปล่อยสู่ตัวสะสม

ตอนนี้ฉันเกือบจะแน่ใจแล้วว่าผู้ที่อยู่ในค่ายควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะตีความสิ่งนี้ว่าเป็นการยืนยันตำแหน่งของพวกเขาเช่นเดียวกับผู้ที่อยู่ในค่ายควบคุมปัจจุบันอย่างแน่นหนา ดังนั้นฉันจะทิ้งมันไว้อย่างนั้น ขอให้เริ่มเห่า ...

ฉันคิดว่าคุณได้มันไปข้างหลัง $V_{in}$ กำลังควบคุม $I_{B}$ ผ่านกฎของโอห์ม (สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าตกที่ฐานมีขนาดเล็ก): $I_{B} = V_{in}/ R_1$. BJT ถูกควบคุมโดยกระแสนี้:$I_C = \beta \cdot I_B$.

ในที่สุดมีความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่าง $V_{in}$ และ $I_C$แต่นี่เป็นเพียงความจริงตราบเท่าที่ $R_1$ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ตั้งแต่$R_1$ ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ BJT คุณไม่สามารถคาดเดาอะไรได้เมื่อพูดถึงลักษณะของ BJT และคุณไม่สามารถพูดได้ว่า BJT นั้นถูกควบคุมโดย $V_{in}$.

บางทีตัวอย่างอาจอธิบายได้ดีกว่า ลองนึกภาพฉันขับรถและความเร็วขึ้นอยู่กับว่าฉันดันแก๊สมากแค่ไหนและนานเท่าไหร่ แต่ฉันไม่ต้องการรับค่าปรับใด ๆ ดังนั้นฉันจึงเคารพข้อ จำกัด ความเร็วเสมอ ตอนนี้คุณมาและพูดว่า:

ทำไมพวกเขาถึงพูดว่ารถยนต์ถูกควบคุมด้วยคันเร่งเมื่อความเร็วของพวกเขาขึ้นอยู่กับวัตถุโลหะแบนที่มีตัวเลขวาดอยู่

ดังนั้นสิ่งที่คุณพูดนั้นเป็นจริงในกรณีนี้โดยเฉพาะ แต่นั่นไม่ได้เปลี่ยนความจริงที่ว่ารถยนต์ไม่สนใจสิ่งที่เป็นวัตถุโลหะแบนน้อยในบริเวณรอบ ๆ

หากคุณกำหนดให้ Vin เป็นค่าคงที่และ R1 ตัวแปรคุณจะบอกว่า BJT เป็นอุปกรณ์ควบคุมความต้านทานหรือไม่?

ในการตั้งค่าของคุณคุณดูเหมือนจะมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและสังเกตว่ามันจะมีผลต่อการสะสมปัจจุบัน มีเหตุผลที่จะใช้สิ่งนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่ากระแสของวงจรนี้มีการควบคุมแรงดันไฟฟ้า แต่ก็ไม่สมเหตุสมผลที่จะบอกว่านี่หมายความว่า BJT ทั้งหมดนั้นควบคุมแรงดัน

คุณต้องสร้างความแตกต่างระหว่างทั้งระบบและส่วนประกอบในระบบแม้ว่ามันจะเป็นองค์ประกอบที่น่าสนใจที่สุดหรือแม้แต่สิ่งที่น่าสนใจ

ถึงตอนนี้ฉันนับ 10 คำตอบและความคิดเห็นมากมาย และอีกครั้งฉันได้เรียนรู้ว่าคำถามว่า BJT เป็นแรงดันหรือกระแสควบคุมดูเหมือนว่าจะเป็นคำถามของศาสนา ฉันกลัวผู้ถาม (“ ทำไมตำราเรียนระบุว่า BJTs ควบคุมปัจจุบัน ”) จะสับสนเพราะคำตอบที่แตกต่างกันมากมาย บางอย่างถูกต้องและบางอย่างผิดทั้งหมด ดังนั้นเพื่อประโยชน์ของผู้ถามฉันชอบที่จะสรุปและชี้แจงสถานการณ์

1)สิ่งที่ฉันไม่เคยจะเข้าใจคือปรากฏการณ์ต่อไปนี้: ไม่มีข้อพิสูจน์เดียวที่นักสะสมไอซีปัจจุบันของ BJT จะถูกควบคุม / กำหนดโดยไอเบสปัจจุบัน อย่างไรก็ตามยังมีบางคน (แม้แต่วิศวกร!) ซึ่งซ้ำแล้วซ้ำอีกว่า BJT - ในมุมมองของพวกเขา - จะถูกควบคุมในปัจจุบัน แต่พวกเขาทำซ้ำการยืนยันนี้โดยไม่มีหลักฐานใด ๆ - ไม่แปลกใจเพราะไม่มีหลักฐานและไม่มีการตรวจสอบ

"การจัดชิดขอบ" เพียงอย่างเดียวคือความสัมพันธ์แบบง่าย Ic = เบต้า x Ib แต่สมการดังกล่าวไม่สามารถบอกอะไรเราเกี่ยวกับสาเหตุและผลกระทบได้ ยิ่งไปกว่านั้นพวกเขาลืม / ไม่สนใจว่าสมการนี้มาจากอะไร: Ic = alpha x Ie และ Ie = Ic + Ib ดังนั้น Ib จึงเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของ Ie - ไม่มีอะไรอื่น (Barrie Gilbert: กระแสฐานเป็นเพียง "ข้อบกพร่อง")

2)ในทางตรงกันข้ามมีผลกระทบที่สังเกตได้หลายอย่างและคุณสมบัติของวงแหวนซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนและพิสูจน์ว่า BJT มีการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ฉันคิดว่าทุกคนที่รู้วิธีการทำงานของ pn diode อย่างง่ายควรรู้ว่าแรงดันการแพร่คืออะไรและว่าแรงดันภายนอกสามารถลดผลกระทบจากสิ่งกีดขวางของคุณสมบัติพื้นฐานของชุมทาง pn ได้อย่างไร

เราจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมในอาคารผู้โดยสารที่สอดคล้องกันเพื่อให้กระแสผ่านโซนพร่อง แรงดันไฟฟ้านี้ (สนามไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน) เป็นเพียงปริมาณเดียวที่ส่งแรงสำหรับการเคลื่อนที่ของพาหะที่มีประจุซึ่งเราเรียกว่ากระแส! มีเหตุผลใดที่จุดแยก pn-emitter ฐานควรทำงานแตกต่างอย่างสิ้นเชิง (และไม่ตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้า)?

ฉันสามารถแสดงรายการเอฟเฟกต์และคุณสมบัติของวงจรอย่างน้อย 10 อย่างที่สามารถอธิบายได้ด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น เหตุใดการสังเกตเหล่านี้จึงมักถูกมองข้าม

3)ผู้ถามได้แสดงวงจรที่สมควรได้รับความคิดเห็นเพิ่มเติม เรารู้ว่า opamp (ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าอย่างไม่ต้องสงสัย) สามารถต่อสายเป็นเครื่องขยายเสียงกระแสแรงดันขาออก นั่นหมายถึง: เราต้องแยกแยะระหว่างคุณสมบัติของยูนิตขยายเสียง "เปล่า" และวงจรที่สมบูรณ์พร้อมชิ้นส่วนเพิ่มเติมเสมอ

สำหรับกรณีปัจจุบันนั่นหมายถึง: BJT ในฐานะที่เป็นส่วนอิสระนั้นทำงานโดยใช้แรงดันไฟฟ้าอย่างไรก็ตามการดูวงจรทั้งหมด (ด้วยตัวต้านทาน R1) เราสามารถจัดการการจัดเรียงอย่างสมบูรณ์เป็นวงจรขับเคลื่อนปัจจุบันหาก R1 มีขนาดใหญ่กว่า ความต้านทานอินพุตของเส้นทาง BE ในกรณีนี้เรามีตัวแบ่งแรงดันที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดัน Vin

ฉันคิดว่ามันสมเหตุสมผลแล้วที่จะเรียก BJT ควบคุมกระแสเมื่อคุณเปรียบเทียบกับ MOSFET

MOSFET มีเกตและแรงดันไฟฟ้าที่เกตสูงขึ้น (ซึ่งไม่มีกระแสไฟฟ้า) ยิ่งนำกระแสไฟฟ้าจากแหล่งระบายน้ำมากขึ้น ดังนั้นนี่คืออุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

อีกวิธีหนึ่งคือ

BJT มีฐาน ยิ่งค่าความนำไฟฟ้าจากตัวสะสมถึงตัวปล่อยยิ่งสูงกระแสฐานยิ่งสูง

เป็นตัวอย่างในทางปฏิบัติที่เน้นความแตกต่าง:

• หน่วยความจำแฟลช

โทโพโลยีหน่วยความจำนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะนำไปใช้กับ BJT ของเนื่องจากฐานคงที่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการนำ ใน MOSFET สามารถฉีดประจุเข้าไปในประตูฉนวนได้ หากพวกเขาถูกฉีดพวกเขาจะอยู่ที่นั่นและจัดการ MOSFET ตลอดเวลา สื่อกระแสไฟฟ้านี้ (หรือขาดมันหากไม่มีค่าใช้จ่ายถูกฉีด) เป็นความรู้สึกและใช้ในการอ่านสถานะบิตที่เก็บไว้

โดยปริยายสองคำถาม:
1. ทำไมสามารถก็จะถือว่าเป็น“ปัจจุบันควบคุม” และ
2. เหตุผลที่มันเป็นสะดวกที่จะต้องพิจารณา BJT“ปัจจุบันการควบคุม”

คำถามแรก ในทางคณิตศาสตร์อุปกรณ์กำหนดสองสมการบนพื้นที่ของพารามิเตอร์ซึ่งประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้าสองและสองกระแส (หนึ่งอาจเพิ่มอุณหภูมิบางสิ่งที่เกี่ยวข้องกับเวลาในการบัญชีสำหรับผลชั่วคราว แต่จะไม่เปลี่ยนจำนวนสมการ) ระบบสามารถแสดงออกอย่างเท่าเทียมกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน ซึ่งแตกต่างจาก FET ที่โหมดเปิด / ปิดไม่แตกต่างกันในกระแสของเกตใน BJT การเปลี่ยนแปลงการควบคุมใด ๆ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในทั้งแรงดันไฟฟ้าและระนาบปัจจุบัน เครื่องบินแต่ละลำมีอิสรภาพสององศา ดังนั้นเราสามารถพิจารณาแรงดันไฟฟ้าสองตัวเป็นตัวแปรอิสระหรือสองกระแส หรือพูดว่า$V_{\mathrm{BC}}$ และ $I_{\mathrm E}$กับพารามิเตอร์อื่น ๆ ขึ้นอยู่กับพวกเขา ไม่แตกต่าง.

คำถามที่สอง ตามสามัญสำนึกมีเหตุผลที่จะถือว่าเป็นการควบคุมพารามิเตอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ (แต่คาดการณ์ได้) ในโหมดการทำงาน ยิ่งไปกว่านั้นการควบคุมทรานซิสเตอร์เกิดขึ้นส่วนใหญ่หรือทั้งหมดในภูมิภาคที่มีการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าซึ่งมีประโยชน์สำหรับการได้รับ พารามิเตอร์ของผู้สมัครที่ชัดเจนที่สุดคือ $V_{\mathrm{BE}}$ และ $I_{\mathrm B}$ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (ในอคติข้างหน้า B-E) ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในลักษณะของนักสะสม แต่ผลกระทบของ$V_{\mathrm{BE}}$ ไม่รุนแรงเป็นเส้นตรงในขณะที่ (สำหรับการแก้ไข $V_{\mathrm{BC}} \approx V_{\mathrm{EC}}$) กระแสใน BJT ขึ้นอยู่กับ $I_{\mathrm B}$เกือบเป็นเส้นตรง นั่นคือทั้งหมดที่

กระแสไฟฟ้าสะสมโดยนิยาม / ฟิสิกส์คือฟังก์ชั่นของกระแสฐาน (และความต้องการกระแสโหลดโดยปริยาย) สูตรการปกครองของ BJT คือ$I_C = \beta \cdot I_B$. ที่ไหน$\beta$ คือกำไร $I_B$ คือกระแสผ่านทางแยก BE และ $I_C$ คือกระแสสูงสุด (สูงสุด) ผ่านทางแยก CE

แรงดันไฟฟ้าฐาน (นั่นคือแรงดันไฟฟ้าที่วัดที่ขั้วฐานที่เกี่ยวกับ GND) จริง ๆ แล้วเป็นค่าคงที่มากขึ้นหรือน้อยลง (อย่างน้อยก็ในความอิ่มตัว) เป็นลักษณะของแรงดันไดโอดไปข้างหน้า