Doymuş BJT Transistörler.


11

Bunları her gün kullanıyoruz ve bilenler BJT transistörlerinin fonksiyonel özelliklerini tam olarak anlıyorlar. Operasyonel matematiği açıklayan belgeler ve bağlantılar var. Fiziksel olarak nasıl çalıştıklarına dair mevcut teorileri açıklayan tonlarca güzel video bile var. (İkincisinin çoğu, "Tele-pazarlamacı İngilizcesi" ni bir nedenle konuşur.

Ancak, itiraf etmeliyim ki, 40 yaşından sonra bile, birçoğu yüz değerinde kabul etmeliyim, çünkü toplayıcı bağlantısının denkleme nasıl uyduğuna dair açıklamalar her zaman biraz dalgalı.

Her neyse, bu bir yana, gerçekten elde edemediğim bir yön var. Fizik yasalarına, Kirchhoff Yasalarına ve benzerlerine meydan okuyor gibi görünüyor.

Standart doymuş ortak yayıcı devrenizden bahsediyorum.

Bilindiği gibi, doymuş olduğunda kollektör voltajının taban voltajından daha düşük olacağını kabul ediyoruz. Bunu, belirli bir yük akımı için mümkün olduğunca düşük bir Vce-Sat vermek için devrelerde avantajımız için kullanıyoruz ve parçaları seçtik.

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Tipik bir NPN transistörünün özlü moduna bakana kadar her şey yolunda ve züppe ...

resim açıklamasını buraya girin

Toplayıcı o sandviçteki tabandan nasıl daha düşük bir voltaj olabilir?

Bunu hesaba katmak için bir miktar geri EMF tipi voltaj ekleseniz bile, toplayıcı akımı taban-toplayıcı birleşim noktasından yanlış gidiyor olabilir.


Elektronları Vbe boyunca hızlandıkça, yapı momentumu olarak düşünmeye yardımcı olur mu, bu da onları (çok dar) taban bölgesinden toplayıcıya tamamen taşır. (bisikletinizde yokuş aşağı ve bir sonraki (daha küçük) tepeye serbest hareket etmek gibi, altta dar bir piste doğru dönüşü kaçırmak mı?
Brian Drummond

Görünüşe göre birkaç soyutlama seviyesine inmeniz gerekebilir ...
Eugene Sh.

@BrianDrummond ya, bahsettiğim klasik el dalgalı cevapları, enerji verimliliği temel yasalarını atlıyor. O bir şekilde onlar olmadan ve Ohmik etkisi üzerinde pop ..
Trevor_G

1
Evet. Baz yayıcı akımınız var. Taban kollektör akımınız var. Ve toplayıcı yayıcı akımı var. Taban toplayıcı akımı, doygunluğa girene kadar düşüktür. Doygunlukta baz akımının (Ic sabit tutulduğunda) artmasının nedeni, akımın bir kısmının bunun yerine toplayıcıya giderek tabana bir kısayol almasıdır.
mkeith

1
Toplayıcı ile toprak arasına düşük değerli bir direnç koymak ve toplayıcıdan beklenen yolla (topraklanmış yayıcıdan) ne kadar akımın topraklanacağını ölçmek ilginç olabilir .
Spehro Pefhany

Yanıtlar:


6

İki kutuplu bir transistörde, verici tabandan çok daha yüksek bir dopinge sahiptir. Baz yayıcı diyota ileri bir önyargı uyguladığınızda, akım akar ve yayıcıdaki daha yüksek doping nedeniyle, yayıcıdan tabana deliklerden tabandan yayıcıya akan deliklerden çok daha fazla elektron akar.

Bir yarı iletken içindeki akım iki ana mekanizma üzerinden akabilir: Bir elektrik alanının elektronları belirli bir yönde hızlandırdığı "sürüklenme" akımı vardır. Hepimizin alışkın olduğu akım akışının basit yolu budur. Elektronların daha yüksek elektron konsantrasyonu alanlarından, sünger içine batırılmış su gibi daha düşük konsantrasyonlu alanlara hareket ettiği "difüzyon" akımı da vardır. Bununla birlikte, bu difüze elektronlar sonsuza kadar hareket edemezler, çünkü bir noktada bir deliğe çarpacak ve yeniden birleşeceklerdir. Bu, bir yarı iletkendeki difüze (serbest) elektronların bir yarı ömre ve difüzyon uzunluğuna sahip olduğu anlamına gelir, bu da bir delikle yeniden birleşmeden önce seyahat ettikleri ortalama mesafedir.

Difüzyon, bir diyot birleşiminin tükenme bölgesini yarattığı mekanizmadır.

Şimdi, baz yayıcı diyot öne eğimli ise, baz yayıcı diyotun tükenme bölgesi küçülür ve elektronlar bu birleşme noktasından tabana yayılmaya başlar. Bununla birlikte, transistör, bu elektronların difüzyon uzunluğu tabandan daha geniş olacak şekilde inşa edildiğinden, bu elektronların birçoğu aslında yeniden birleşmeden tabandan doğru difüze olabilir ve toplayıcıda etkili bir şekilde "tünelleme" yapabilir tabandaki delikler ile etkileşime girerek. (Rekombinasyon rastgele bir süreçtir ve hemen gerçekleşmez, bu yüzden ilk etapta difüzyon vardır.)

Sonuçta, bazı elektronlar kollektörde rastgele hareketle sonuçlanır. Artık orada olduklarına göre, elektronlar sadece baz-kollektör diyotunun ileri sapma voltajının üstesinden geldiklerinde geri dönebilirler, bu da kollektörde "yığılmasına" neden olur, buradaki voltajı düşürene kadar taban-kolektör bağlantısı ve geri akış. (Gerçekte, bu süreç elbette bir dengedir.)

Tabana, yayıcıya ve toplayıcıya uyguladığınız voltajlarla, sadece yarı iletkente elektronların tükenme bölgesine doğru sürüklenmesine neden olan, kristaldeki elektron konsantrasyonunu değiştiren ve daha sonra difüzyon akımının akmasına neden olan elektrik alanları yaratırsınız. tabanı. Tek elektronlar, transistörün terminallerindeki voltajlardan oluşturulan elektrik alanlarından etkilenirken, kendilerinin bir voltajı yoktur, sadece enerji seviyeleri vardır. Kristalin genellikle aynı voltajda olan bir kısmında elektronlar farklı enerjiye sahip olabilir (ve olacaktır). Aslında, hiçbir elektron aynı enerji seviyesine sahip olamaz.

Bu aynı zamanda transistörlerin neden ters yönde çalışabileceğini, ancak çok daha az akım kazancıyla açıklar: Elektronların, yüksek katkılı yayıcı bölgeye yayılması, hafif katkılı toplayıcıdan daha zor çünkü elektron konsantrasyonu zaten oldukça yüksek. Bu, bu yolu elektronlar için tersine çevrilmemiş transistörden daha az elverişli hale getirir, bu nedenle daha fazla elektron doğrudan tabandan akar ve kazanç daha düşüktür.


1
Jonathon, hepsi çok iyi ve klasik, ama ortada üstündeki gerilimden daha yüksek bir voltajda nasıl bir katmana sahip olabileceğinizi açıklamıyor.
Trevor_G

@Trevor_G Yarı iletkenlerde, gerçekten "gerilimler" yoktur. Elektrik alanları var, ancak tek elektronlar kristalin aynı bölgesinde olsalar bile birçok farklı enerji seviyesine sahip olabilirler. Eğer durum böyle olmasaydı, bant boşlukları olmazdı ve dolayısıyla yarı iletkenler olmazdı. Bir elektronun voltajı bile yoktur.
Jonathan S.

@JonathanS .: Cevabımı görün. Trevor'ın bahsettiği detayın anlaşılması için, bazla ilişkili alanların / voltajların, özellikle doygunluk sırasında, alanı boyunca sabit olmadığı anlaşılmalıdır.
Dave Tweed

Tüm bunları daha önce okumuştum, hala toplayıcıda voltajın nasıl daha düşük olabileceğini değil, sadece elektronların tükenme bölgelerinden nasıl çıkardığını açıklamıyor. Tünelden kısaca kaçmış olsan da.
Trevor_G

@Trevor_G Taban pozitif olarak katkılı, toplayıcı biraz negatif. Baz, elektronların difüzyon uzunluğuna kıyasla küçük olduğundan, difüzyondan sonra tabanda ve toplayıcıda alan "toprağı" başına eşit miktarda elektron olduğunu varsayabiliriz . Toplayıcı zaten negatif olarak katıldığı için, bazdan daha büyük bir elektron konsantrasyonuna sahip olacak ve bu da daha düşük bir voltajda olmasına neden olacaktır.
Jonathan S.

5

Toplayıcı o sandviçteki tabandan nasıl daha düşük bir voltaj olabilir?

Toplayıcının tabandan daha düşük bir voltajda olmasını önleyen bir fizik kanunu yoktur: uygulayın0.7V0.4V

Bu nedenle, asıl sorunuz muhtemelen: Uygulanan gerilimler göz önüne alındığında, fizik yasası toplayıcı akımının toplayıcıya akmasına izin veriyor?

VBEVCB+VCE=0
IC+IB+IE=0,

VBEIB+VCEIC>0.

Bunlar, fiziğin statik durumda terminal gerilimlerine ve akımlarına koyduğu tek kısıtlamadır. Gördüğünüz gibi, yukarıdaki tüm koşullar doymuş bir BJT için geçerlidir.

Karışıklık muhtemelen muhtemelen bir BJT olmayan doğrusal bir cihaz varsaymaktan kaynaklanmaktadır .


Cevabınızı kopyaladığınız için teşekkürler, cevabınız üzgün görünmeden önce kopyayı sildim.
Trevor_G

3
Karışıklık kaynağının, akımın sadece bir sürüklenme akımı olabileceğini varsaydığı görülmektedir. Difüzyon akımının elektrik alanına uyması gerekmemektedir, aslında transistörleri transistör hareketini yapabilen zıt bir elektrik alanına rağmen akabilir .
Sredni Vashtar

1
@Trevor_G Yorumlarınızdan, elektronların taşınmasının sadece elektrik alanından, yani elektrik potansiyelinin gradyanından geçtiğini düşündüğünüzden şüpheleniyorum. Aslında, elektron taşınmasını yönlendiren şey , kavşaklar boyunca değişen taşıyıcı konsantrasyonları nedeniyle sistemin homojenliğini dikkate alan elektrokimyasal potansiyeldir . Difüzyon akımını üreten bu homojen değildir.
Massimo Ortolano

2
@Trevor_G, Massimo'nun dediği gibi, bir difüzyon akımına yol açan konsantrasyondaki gradyan. Aynı şekilde, yerçekimine rağmen bir gaz yukarı doğru genişleyebilir . Yarı iletkendeki elektronlar daha çok bir gaza benzer (onları bir pompa ile hareket ettirebilirsiniz, ancak konsantrasyon gradyanı nedeniyle de hareket edebilirler), bir iletkende ise daha çok sıvı gibidir (sıkıştırılamaz, yapmak için bir pompaya ihtiyacınız vardır) hareket eder). Bana şu soruyu soruyorsunuz: Bir pompa bu yönde itmeden bu gazın hareket etmesini nasıl sağlayabilirim?
Sredni Vashtar

1
Ayrıca, bir şekilde bu difüzyon akımı bileşenini çıkarmayı başarabilirseniz, örneğin tabanın ortasına bir iletken tabakası yerleştirerek, o gazı bir sıvıda anında 'yoğunlaştıracaksınız', böylece tabandan süpürülerek transistör hareketi. Sonuçta arka arkaya iki diyot elde edersiniz ve bu durumda potansiyellere karşı itirazınız geçerli olur. Sorun şu ki, bir transistördeki akım ve potansiyel değerlerinin aynılarına ulaşamadınız.
Sredni Vashtar

3

Tabanın alanı boyunca aynı gerilime sahip olmadığını unutmayın. Dış bağlantısı mutlaka bir anlamda yapının kenarında olması gereken kaide ile ilişkili indirgenemez bir "tabaka" direnci vardır. Bu "tabaka" içinde bir akım dağılımı olduğu için, bir voltaj dağılımı da vardır.

Dolayısıyla, doygunlukta, ana terminale akan akım, ana terminalin yakınındaki hem öne eğimli diyot bağlantılarından (BE ve BC) geçer. Toplayıcıya giden akım, daha sonra baz terminalinden daha uzak olan tabanın farklı bir kısmı üzerinden yayıcıya akar.

Özünde, temel baz direncindeki voltaj düşüşü, harici terminallerde gördüğümüz voltaj dağılımına izin verir.


Ya da bu böyle bir şey olabilir, ama sonra bu durumda olsaydı daha uzaktaki noktalar öne eğimli olmayacak ve iletken olmayacaktı, bu yüzden fikir biraz düşüyor.
Trevor_G

Hayır, parçalanmaz. Bazı bölgelerin ileriye doğru önyargılı olmamasına, başkalarının olmamasına gerek yok. Topaklanmış devre elemanları açısından düşünmeyi bırakın - alanlar bir transistör içinde, özellikle doygunluk sırasında sürekli olarak değişir. Öne eğimli olmayan parçalar Jonathan S.'in tanımladığı "klasik" şekilde işlev görür.
Dave Tweed

0

BJT'ler mevcut cihazlardır. Aktif bölgede olduğunda, yayıcıların lotları (yayıcılar ağır katkılı ve bazdan daha negatiftir) elektronlar tabana girer (hafifçe katkılı) ve bazıları daha az taban deliğine düşer, ancak çoğu toplayıcıya yayılır ve Ic'ye neden olur. . Doygunlaştığında, toplayıcı ayrıca bazdan daha negatiftir, bu nedenle tabana bazı elektronlar katkıda bulunur. Toplayıcı tabana daha fazla elektron kattığı için (Vbc daha pozitiftir), kollektör yayıcı akımının daha düşük olacağını takip eder. Vbc küçüldükçe (Vce (sat) daha yüksek), doyma akımı daha yüksek olabilir. Böylece bir kez doygunlukta, toplayıcı voltajı toplayıcı akımı ile artar.

Toplayıcı ve verici ters çevrilmişken bir transistör çalıştırabilirsiniz. Toplayıcı yayıcıya göre hafifçe katlandığından, kazanç berbattır, ancak Vce (sat) tek mV aralığında düşecektir. FET öncesi dönemde, bu yaklaşımı numune ve ambarlarda vb. Toprak analog girişlerinde kullandık.


0

Farklı taşıyıcılar ve farklı hareket biçimleri. NPN hakkında konuşmak.

Taban voltajını artırdıkça Delikler BE bağlantı potansiyel bariyeri boyunca hareket etmeye başlar ve daha fazla elektron geri alırsınız. Elektronlar, difüzyonla baz boyunca hareket ederler, yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru hareket ederler, voltaj tarafından yönlendirilmezler.

Negatif yüklü bir bölge oluşturan BC bağlantı noktasında bir grup serbest elektron ile sonuçlanırsınız ve bunlar toplayıcı üzerindeki herhangi bir pozitif voltaj tarafından süpürülür.


1
Gerçekten ilginç bir soru, bunu bir seri haline getirecek misin :).
RoyC

Açıklama ve soru iltifat için teşekkürler. "Toplayıcıdaki herhangi bir pozitif voltaj tarafından süpürülüyorlar" kısmı bunlardan biri ... ama çok fazla parça düşünmeyin. Ters yönlü bir diyot olan taban tarafında biriken elektronlar diyot modunu kapatmalı, açmamalıdır. Açmak için orada yığılması gereken deliklere ihtiyacımız var .. elektronlara değil, ya da kavşağın toplayıcı tarafında birikecek elektronlara değil. Bir şey toplanmaz.
Trevor_G

Hayır bir diyot değilse, elektron değil orada yığılmış delikler olurdu, bu yüzden seri olarak iki diyot olması bir transistör yapmaz.
RoyC

:) Bunu anlıyorum, ama yine de, klasik teoriye göre, taban ve toplayıcı arasında bir kavşak bariyeri var. Onu arka arkaya diyotlardan farklı kılan şey, sadece tek, çok ince, merkezi bir anot veya katot olmasıdır. Gerçekten ilginç, kabul ettiğimiz basit model kadar açık değil.
Trevor_G

Mesele şu ki, CB birleşim noktasında elektron kütlelerinin varlığında bir diyot tükenme bölgesi oluşturmak imkansızdır. Normal bir diyotta sadece kavşakın P tarafında delikler olur ve bunlar alan tarafından kavşaktan çekilirdi. Elektronlar, kolektör akımı boyunca çekilerek kolektör akımını çeker.
RoyC

0

Düzeltici Olmayan Kavşak Potansiyelleri. Bu hile.

Herkes basit, çok temel bir gerçeği kaçırıyor. (Çoğu yeni ders kitabı da bunu özlüyor. Bazı mühendislik profesörleri bile clueless görünüyor.) Gerçek: kavşaklar, diyot etkisi olmayan metal-silikon olsa bile, güçsüzken bile , her zaman aralarında bir voltaj var ... demir-bakır, krom-alumel vb.

Başka bir deyişle, diyotlar ve transistörler hakkında her şeyi anlamak istiyorsak, termokupl fiziğini ve düzeltici olmayan kavşakları görmezden gelmemize izin verilmez. Eğer yaparsak, Vce açıklanamaz hale gelir, karanlık bir mühendislik gizemi.

[gelmek için daha fazla]


-1

İdeal olarak Vbe, Vcb ile eşleşir ve her ikisi de Imax ve Ic / Ib = 10'da Vce (sat) = 0 ile ileri doğru yürütülür.

Dave T.'nin Vbe baz yayılma direncinin (etkili R veya ESR serisi olarak da bilinir) işaret ettiği gibi, tekdüze değildir, ancak paralel olarak çoklu dar baz kuyuları yaparak performans artar.

Daha küçük daha yüksek katkılı BE ekleminin ESR'si, CB ekleminin daha büyük ESR'sinden daha yüksek olduğunda, Vcb'den daha yüksek bir Vbe elde ederiz, böylece Vce (sat) yükselir. Şu anki kazanım, maksimum değerin yaklaşık% 10'una düştü.

  • Epitaksiyal süreç genellikle dikeyden düzlemseldir.
  • iyon implantasyonu yayıcı ve baz bileşikleri için kullanılır.
  • RCE
  • tabana enjekte edilen deliklerden daha fazla elektron yayıcıya
  • baz çok dar yapıldığından, yayıcı elektronların çoğu tabandan geçer ve toplayıcıya ulaşır

resim açıklamasını buraya girin

Zetex, bu epitaksiyal teknoloji etrafında yaklaşık 100 işlem patenti icat etti ve şimdi Diodes Inc'in birçok ürüne sahip olmasına rağmen, daha pahalı olmasına rağmen, 1 Ohm aralığında Rce ile eski TO-3 tenekeleri yerine 10'lu milyonlarca Rio ile benzer kalıp boyutlarına sahip. Bu, yüksek akımlarda ısı dağılımını önemli ölçüde azaltır.

AÇIK Yarı da kendi düşük Vce (sat) parçalarına sahiptir.

Bu SOT-23, hacim olarak <13 senttir ve Rce = 45 mOhm maks. Vce maks = 12V

resim açıklamasını buraya girin


Sorun nedir? Temel voltaj CE'nin yürütmesi için alan yaratır
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Akıllı çürütme yok -1
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 18:18
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.