ทำไมกระแสยังไหลผ่านตัวสะสมแม้ว่าวงจรทรานซิสเตอร์ไม่มี Vcc

ฉันได้พบกับบทช่วยสอนที่ฉันคิดว่าวงจร BJT NPN ด้านบนผิดเนื่องจากข้อสรุปที่เกิดขึ้น

แต่เมื่อฉันจำลองวงจรนี้ฉันพบว่าข้อสรุปเป็นจริง

ฉันงงอย่างสมบูรณ์และดูเหมือนว่าฉันมีความเข้าใจผิดพื้นฐานเกี่ยวกับพฤติกรรมของทรานซิสเตอร์

วงจรข้างต้นไม่ได้ทำงาน ไม่มี Vcc มีแรงดันอินพุต Vin ซึ่งเพิ่มขึ้นจากศูนย์ถึง 1V

ด้านล่างเป็นโครงของแรงดันไฟฟ้าขาออก Vout เทียบกับ Vin:

และที่นี่ใต้พล็อตคือกระแสผ่านโหลด I (Rload) และตัวเก็บกระแส Ic ที่เกี่ยวกับ Vin

คำถาม:

ความสับสนของฉันคือทำไมรูปแบบใด ๆ ในปัจจุบันและไหลผ่านตัวรวบรวมและ Rload เมื่อไม่มีความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างตัวสะสมของทรานซิสเตอร์และขั้วส่งสัญญาณ

ตามเนื้อเรื่องดูเหมือนว่า KCL จะพอใจเพราะ I (Rload) + Ic = 0

แต่สิ่งที่ฉันไม่เข้าใจรูปแบบปัจจุบันและการไหลในลักษณะนี้

ถ้ามีคนถามฉันฉันจะบอกว่า: "กระแสจะไหลจากฐานถึงตัวปล่อยดังนั้นกับพื้นจะไม่มีกระแสผ่านการโหลดและ Vout จะเป็นศูนย์"

ฉันงงกับวงจรนี้อย่างสมบูรณ์ เห็นได้ชัดว่ามีบางอย่างผิดปกติในมุมมองของฉัน เหตุใดการวนรอบปัจจุบันจึงเป็นอย่างนั้น

มันเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของทรานซิสเตอร์ BJT ให้ดูที่ NPN:

^{แหล่งที่มาของภาพ}

คุณมีภูมิภาคของตัวสะสมที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ฐานของประเภท P และตัวปล่อยของชนิด N ฉันจะไม่ลงรายละเอียดเนื่องจากอยู่นอกเหนือขอบเขตของคำถาม แต่ให้พอเพียงกับคำถาม - ตัวเก็บรวบรวมและตัวปล่อยไม่ได้ดูเหมือนกันหรือไม่

สิ่งที่คุณทำคือเชื่อมต่อตัวปล่อยกับกราวด์และตัวสะสมกับกราวด์ผ่านตัวต้านทาน คุณได้ใช้แรงดันไฟฟ้ากับฐาน

โดยทั่วไปสิ่งที่คุณคาดหวังกับแรงดันไฟฟ้าที่ฐานคือกระแสไหลจากฐานไปยังตัวปล่อย - โดยทั่วไปแล้วจะเป็นไดโอดที่มีฐานเป็นขั้วบวกและตัวปล่อยเป็นแคโทด หากแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแคโทดสูงกว่าฐานการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านจุดแยกอีซีแอลจะทำให้กระแสไหลจากตัวสะสมถึงตัวส่ง

อย่างไรก็ตามในกรณีของคุณตัวรวบรวมไม่ได้มีศักยภาพสูงกว่าฐาน แต่มีศักยภาพต่ำกว่า นี่คือที่ที่คำถามของฉันเข้ามา - เหมือนกับชุมทางเบส - ตัวแยกจุดแยก - ตัวรวบรวมฐานก็เป็นทางแยก PN ซึ่งเป็นไดโอดด้วย ฐานอีกครั้งคือขั้วบวก แต่คราวนี้นักสะสมคือแคโทด นั่นหมายความว่าเมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าบนฐานกว่าแคโทดกระแสจะไหลจากฐานผ่านแคโทด

ตอนนี้คุณมีกระแสไหลจากฐานไปยังแคโทดผ่านตัวต้านทานไปยังพื้นดังนั้นกระแสลึกลับจะถูกระบุ

เพื่อชี้แจงเพิ่มเติมนี่คือวงจรของคุณถ้าเราพิจารณา PN junctions เป็น diodes (*):

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

คุณสามารถดูว่าปัจจุบันสามารถไหลผ่านไดโอด Base-Emitter เช่นเดียวกับไดโอด Base-Collector

ในแง่ของสาเหตุที่แผนภูมิปัจจุบันของคุณแสดงตัวสะสมปัจจุบันว่าเป็นค่าลบนี่เกือบจะเป็นไปตามที่คุณตรวจสอบสายในการจำลอง

โพรบจำลองจะถูกเซ็ตอัพเพื่อให้กระแสในคอลเลคชั่นถือเป็น "บวก" นอกจากนี้โพรบตัวที่สองจะถูกตั้งค่าเพื่อให้กระแสปัจจุบันผ่านตัวต้านทานจากบนลงล่างถือว่าเป็น "บวก"

อย่างไรก็ตามในกรณีนี้กระแสจะไหลออกจากตัวสะสม ("ลบ" จากมุมมองโพรบ) และเป็นตัวต้านทาน ("บวก" จากมุมมองโพรบที่สอง) เป็นผลให้มีความแตกต่างในสัญญาณ

โดยพื้นฐานแล้วมันเหมือนกับมีสองแอมป์มิเตอร์ในซีรีย์ แต่มีสายหนึ่งย้อนหลัง พวกเขาจะแสดงการอ่านที่เท่ากัน แต่ตรงกันข้าม

ข้อมูลโบนัส

ปัจจุบัน Base-Collector ปัจจุบันจะต่ำกว่ากระแส Base-Emitter ส่วนหนึ่งเป็นเพราะคุณมีตัวต้านทานแบบอนุกรมจากตัวสะสมถึงตัวกราวด์ซึ่งจะลดแรงดันลงและ จำกัด กระแสไฟฟ้า (คล้ายกับการใส่ตัวต้านทานแบบอนุกรมด้วย LED) แต่ส่วนหนึ่งเป็นเพราะโครงสร้าง NPN มีความซับซ้อนมากขึ้น

อีซีแอลมีการเจืออย่างหนาแน่นมากกว่าตัวสะสมซึ่งหมายความว่าทางแยก BE จะมีแรงดันไปข้างหน้าลดลงต่ำกว่าทางแยก BC เป็นผลให้ถึงแม้ไม่มีตัวต้านทานกระแส BC จะน้อยกว่าค่า BE ปัจจุบันอย่างมาก

ในความเป็นจริงคุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ BJT ในสิ่งที่ตรงกันข้าม (การแลกเปลี่ยน C และ B) แต่ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมาก

^{(*) มุมมองไดโอดไม่ได้เป็นตัวแทนของทรานซิสเตอร์ NPN ทั้งหมด ถ้าคุณติดไดโอดสองตัวเข้าด้วยกันแบบนั้นคุณจะไม่ต้องจบลงด้วยทรานซิสเตอร์ NPN เพราะโลหะจะนำไปสู่ไดโอดระหว่างสิ่งอื่น ๆ อย่างไรก็ตามมันแสดงถึงเอฟเฟกต์ที่คุณเห็นได้อย่างถูกต้อง}

สิ่งนี้มีจุดประสงค์เพื่อเป็นส่วนเสริมของคำตอบที่ครอบคลุมของทอมและตอบโดยใช้ 'ถอยกลับ' มันเป็นคำตอบเกี่ยวกับนางแบบ

ทรานซิสเตอร์เป็นวัตถุที่ซับซ้อน สำหรับหลาย ๆ วัตถุประสงค์มันสามารถทำให้ง่ายขึ้นโดยแทนที่มันด้วยโมเดลซึ่งจับพฤติกรรมบางอย่าง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด

ตัวอย่างเช่นเมื่อวัดทรานซิสเตอร์ด้วยฟังก์ชั่น 'การทดสอบไดโอด' ของ DMM รุ่น 'ไดโอดทั้งสอง' จะอธิบายการวัด แต่มันไม่ได้บอกคุณว่ามาจากไหน แบบจำลองนั้นง่ายเกินไปสำหรับสิ่งนั้น

เมื่อ biassing ทรานซิสเตอร์ 'ปกติ' ตัวอย่างเช่นการผลิตเครื่องขยายเสียงอีซีแอลทั่วไปรุ่น 'แหล่งปัจจุบันควบคุมปัจจุบัน' จับพฤติกรรมมากขึ้นช่วยให้คุณสามารถคำนวณกระแสไบแอสและปัจจัยการขยาย แต่มันง่ายเกินไปและเป็นนามธรรมที่จะอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในคำถามของ OP

เมื่อผู้คนใช้แบบจำลองเป็นเรื่องปกติที่จะจับภาพพฤติกรรมที่ง่ายที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์ของพวกเขาและไม่มีอีกต่อไป ดังนั้นโดยปกติเราสามารถหามุมตัวเรือนที่แสดงถึงข้อบกพร่องของโมเดลใด ๆ จากนั้นเราจำเป็นต้องค้นหาแบบจำลองที่สมบูรณ์มากขึ้นดึงลงและวิเคราะห์วัตถุที่ซับซ้อนที่สมบูรณ์หรือตัดสินใจว่าเราไม่ต้องการความแม่นยำพิเศษและหาวิธีการทำงานกับการประมาณแบบจำลอง (ทั้งสามจะทำในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน)

ฉันมักจะขบขันกับแบบจำลองของคนที่เจ้านายของฉันใช้เมื่อทำงานว่ามีกี่คนที่จะมอบหมายให้โครงการวิศวกรรมใด ๆ เขาจะแทนที่คนด้วย 'กระป๋องเนื้อสัตว์เลี้ยงอาหารกลางวัน' ซึ่งจะจับภาพการแบ่งแยกบางส่วนของชีววิทยา และ (บางทีโพสต์ของฉันอาจเป็นข้อความย่อยของเขา) ไม่สามารถที่จะรู้ว่าสิ่งที่คุณจะได้รับจนกว่าคุณจะเปิดกระป๋องและอาจผิดหวัง เรามาดูกันว่าเรามีงบประมาณ 2 ล้านใน 4 ปีดังนั้นเราจึงสามารถใส่เนื้อสัตว์กลางวันได้ 5 กระป๋อง! แม้ว่าแบบจำลองจะทำให้รายละเอียดง่ายขึ้น แต่ฉันไม่จำได้ว่าเขาประสบความสำเร็จในการวางแผนทรัพยากรน้อยกว่าผู้จัดการโครงการคนอื่น ๆ

เพียงเพิ่มคะแนนสองสามคะแนนในคำตอบที่ยอดเยี่ยมของ Tom Carpenter

วงจรข้างต้นไม่ได้ทำงาน

V _in เป็นแหล่งพลังงาน

... ทำไมรูปแบบปัจจุบันและการไหลผ่านตัวรวบรวมและ Rload เมื่อไม่มีความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างตัวสะสมและตัวส่งทรานซิสเตอร์

V _out คือความต่างศักย์ระหว่างตัวสะสมของทรานซิสเตอร์และตัวส่ง แผนการของคุณแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าไม่เป็นศูนย์

นอกจากนี้แผนการของคุณจะแสดงปัจจุบันผ่าน R โหลด ไม่สามารถมีกระแสผ่านตัวต้านทานได้โดยไม่มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างขั้วของมัน นั่นเป็นกฎของโอห์ม