Transistör devresinde Vcc olmamasına rağmen akım neden toplayıcıdan akıyor?

Yukarıdaki BJT NPN devresinin sonuçlardan dolayı yanlış olduğunu düşündüğüm bir öğretici ile karşılaştım.

Ancak bu devreyi simüle ettiğimde sonuçların doğru olduğunu öğrendim.

Tamamen şaşkındım ve transistör davranışı hakkında bazı temel yanlış anlaşılmalar var gibi görünüyor.

Yukarıdaki devreye güç gelmiyor. Vcc yok. Sıfırdan 1V'a yükseltilmiş bir giriş voltajı Vin vardır.

Vin'ye göre Vout çıkış voltajının çizimi aşağıdadır:

Ve burada aşağıdaki grafik Vin'e göre yük I (Rload) ve kolektör akımı Ic'den geçen akımdır.

Soru:

Karışıklığım, transistörün toplayıcısı ve verici terminalleri arasında potansiyel bir fark olmadığında, akımın nasıl oluştuğu ve toplayıcı ve Rload'dan nasıl aktığıdır.

Grafiğe göre KCL memnun görünüyor çünkü I (Rload) + Ic = 0.

Ama anlamadığım şey şu anki şekli ve akışı bu şekilde nasıl akıyor.

Birisi bana soracak olsaydı şunu söylerdim: "Akım, tabandan yayıcıya ve dolayısıyla toprağa akacaktır. Yük boyunca akım olmayacak ve Vout sıfır olacaktır."

Bu devre ile tamamen şaşkınım. Açıkçası bence bir şeyler yanlış. Mevcut döngü neden bu şekilde?

Bir BJT transistörünün yapısı ile ilgilidir. Bir NPN'ye bakalım:

^{Görüntü Kaynağı}

N tipi yarı iletken, P tipi bir taban ve N tipi bir yayıcıdan oluşan bir toplayıcı bölgeniz var. Sorunun kapsamı dışında olduğu için ayrıntıya girmeyeceğim, ancak bir soru ile yetinelim - toplayıcı ve verici benzer görünmüyor mu?

Yaptığınız şey vericiyi toprağa ve toplayıcıyı bir direnç yoluyla toprağa bağlamaktır. Daha sonra tabana bir voltaj uyguladınız.

Normalde tabandaki bir voltajdan beklediğiniz şey akımın tabandan vericiye akması içindir - temelde bazın anot ve yayıcının katot olduğu bir diyottur. Katottaki voltaj tabandan daha yüksekse, taban verici bağlantı noktasından geçen bu akım akışı, akımın toplayıcıdan yayıcıya akmasına neden olur.

Ancak sizin durumunuzda, toplayıcı tabandan daha yüksek bir potansiyele sahip değildir, daha düşük bir potansiyele sahiptir. Benim sorum bu noktada devreye giriyor - baz-yayıcı kavşakta olduğu gibi, taban-kolektör kavşağı da bir diyot olan bir PN kavşaktır. Yine taban anottur, ancak bu kez toplayıcı katottur. Bu, tabana katottan daha yüksek bir voltaj uyguladığınızda, tabandan katottan bir akım akacağı anlamına gelir.

Artık tabandan katoda, dirençten toprağa akan akıma sahipsiniz, böylece gizemli akım akışı tanımlanıyor.

Daha fazla açıklığa kavuşturmak için, PN eklemlerini diyot (*) olarak değerlendirdiğimizde devreniz:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Akımın hem Base-Emitter diyotundan hem de Base-Collector diyotundan nasıl akabileceğini görebilirsiniz.

Mevcut grafiğinizin toplayıcı akımını neden negatif olarak gösterdiği açısından, bu kesinlikle kesinlikle simülasyonunuzdaki kabloyu problama şekline bağlıdır.

Bu akım, böylece simülasyon prob kurulacak içine toplayıcı "olumlu" olarak kabul edilir. Ek olarak, ikinci prob, üstten alta doğru dirençten geçen akım "pozitif" olarak kabul edilecek şekilde ayarlanacaktır.

Ancak bu durumda akım toplayıcıdan (problar açısından "negatif") ve dirence (ikinci problar açısından "pozitif") akar. Sonuç olarak işarette bir tutarsızlık var.

Temelde seri halde iki ampermetreye sahip olmak gibidir, ancak biri geriye doğru kablolanmıştır. Eşit fakat karşıt okumalar gösterecekler.

Bonus Bilgisi

Şimdi Base-Collector akımı Base-Emitter akımından çok daha düşük olacaktır, çünkü kısmen toplayıcıdan toprağa bir miktar gerilim düşürecek ve akımı sınırlayacak (bir LED ile seri olarak bir direnç koymak gibi) seri direnciniz var. , ancak kısmen NPN yapısı daha karmaşık olduğu için.

Verici, kollektörden daha ağır bir şekilde katkılıdır; bu, BE bağlantısının aslında BC bağlantısından çok daha düşük bir ileri voltaj düşüşüne sahip olacağı anlamına gelir. Sonuç olarak, direnç olmadan bile BC akımı BE akımından önemli ölçüde daha az olacaktır.

Aslında bir BJT transistörünü ters yönde kullanabilirsiniz (C ve B'yi değiştirir), ancak performans büyük ölçüde düşecektir.

^{(*) Diyot görünümü tamamen bir NPN transistörünü temsil etmez. İki diyotu bu şekilde birbirine yapıştırırsanız, diyotun metal uçları diğer şeyler arasında olduğu için bir NPN transistörü ile sonuçlanmayacaksınız. Ancak, gördüğünüz etkiyi doğru bir şekilde tasvir eder.}

Bu, Tom'un kapsamlı cevabına ek olarak tasarlanmıştır ve bir 'geri adım' atılarak cevaplanır. Bu modeller hakkında bir cevap.

Bir transistör karmaşık bir nesnedir. Birçok amaç için, davranışının bir kısmını ancak hepsini yakalamayan bir modelle değiştirerek basitleştirilebilir.

Örneğin, bir DMM'nin 'diyot testi' işleviyle bir transistör ölçülürken, 'iki diyot' modeli ölçümleri açıklar. Ama size kazancın nereden geldiğini söylemiyor. Model bunun için çok basit.

Bir transistörü 'normal' olarak biassederken, örneğin ortak bir yayıcı amplifikatör üretmek için, 'akım kontrollü akım kaynağı' modeli davranışın çok daha fazlasını yakalar, yanlılık akımlarını ve amplifikasyon faktörlerini hesaplamanızı sağlar. Ancak OP'nin sorusunda ne olduğunu açıklamak çok basit ve soyut.

İnsanlar modelleri kullandığında, normalde amaçlarına göre en basit davranışı yakalamak ve daha fazlasını elde etmek değil. Bu nedenle, normalde herhangi bir modelin eksikliklerini gösteren köşe kutuları bulabiliriz. Daha sonra daha eksiksiz bir model bulmamız, tüm karmaşık nesneyi eklemlememiz ve analiz etmemiz ya da ekstra hassasiyete ihtiyacımız olmadığına ve modelin yaklaşımı ile çalışmanın bir yolunu bulmamız gerektiğine karar vermemiz gerekir (üçü de farklı koşullarda yapılır).

Her zaman, herhangi bir mühendislik projesine kaç kişinin atayacağını araştırırken patronumun kullandığı insanlar modeliyle eğlendim, insanların yerine biyolojinin bölünmezliğini yakalayacak 'öğle yemeği eti tenekeleri' ile yer değiştirirdi. ve (belki benim post-hoc'um, belki onun alt metni), kutuyu açana ve muhtemelen hayal kırıklığına uğrayana kadar ne alacağınızı bilememe. Bakalım, 4 yılda 2 milyon bütçemiz var, bu yüzden 5 teneke öğle yemeği eti koymayı göze alabiliriz! Model ayrıntıları biraz fazla basitleştirmesine rağmen, kaynak planlaması konusunda diğer proje yöneticilerinden daha az başarılı olduğunu hatırlamıyorum.

Tom Carpenter'ın mükemmel cevabına birkaç puan eklemek

Yukarıdaki devreye güç gelmiyor.

V _bölgesi olan bir güç kaynağı.

... transistörün toplayıcısı ve yayıcısı arasında potansiyel bir fark olmadığında toplayıcı ve Rload'dan herhangi bir akım şekli ve akışı nasıl olur?

V _üzerinden olan transistörün toplayıcısı ve vericisi arasındaki potansiyel farktır. Grafikleriniz açıkça sıfır olmadığını gösteriyor.

Ayrıca, grafikleriniz R _yükünden geçen akımı gösterir . Terminalleri arasında potansiyel bir fark olmadan hiçbir direnç üzerinden akım olamaz. Ohm Yasası budur.