Vbe neden aktif bölgedeki bir transistör için sabit bir 0.7?

Basit bir ortak yayıcı amplifikatör örneği alacağım . Şimdilik önyargıyı ve şeyleri unutun, ancak bu devrenin en önemli noktasına odaklanın. Anladığım kadarıyla, taban düğümü ile verici düğümü arasındaki bir voltaj değiştirilir, bu da nihai olarak transistör tarafından yükseltilir ve orijinal sinyalin ters (yükseltilmiş bir versiyonunun) toplayıcı düğümde görünmesine neden olur.

Şu anda bir kitap üzerinde çalışıyorum; Sedra / Smith, Mikroelektronik.

Üzerinde çalıştığım bölüm boyunca, aktif bölgede Vbe'nin 0.7V olduğu varsayılıyor . Bu benim için bir anlam ifade etmiyor, bir amplifikatör aşaması için giriş değişkeni olduğunda Vbe nasıl sabit kalabilir? Geri kalan voltajın direnç boyunca düşebileceği bir yayıcı direnç (yayıcı dejenerasyonu) ile bir CE aşamasında baksaydım bu bana mantıklı gelmiş olabilir. Ama durum böyle değil, bu yüzden beni aydınlatın!

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

Kollektör akım denkleminin ters çevrilmesi:

verim:

Örneğin,

Bu değerlerle şunu bulun:

Şimdi, kolektör akımını ikiye katlayın ve

Toplayıcı akımının% 100 arttırılması, baz verici voltajını sadece% 2.45 artırdı

O ise Yani, değil baz emiter voltajı sabit olduğu doğru, bu kolektör akımının nispeten geniş bir aralıkta o sabit dikkate almak kötü bir yaklaşım değildir.

Silikon transistördeki Vbe, silikon diyot gibi davranır. İleri Gerilim Düşümü, belirli bir miktar akım geçtikten sonra keskin bir şekilde yükselir. Akımı artırmak o noktada ihmal edilebilir bir Vf farkı yaratır.

Vf'nin doğal olarak Germanyum Diyotlar ve Transistörler için farklı olduğunu unutmayın.

İki kutuplu bir transistördeki yayıcı akımı için Ebers-Moll modeli:

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

Burada yayıcı doyma akımı, termal gerilim ve emiter voltajının için bir temel oluşturur. Bir değer için , yukarıdaki denklemin aşağıdaki Alpha arsa düşünün (küçük sinyal, silikon aygıt için tipik aralık içinde):V t ≈ 26 m V V b , e I e s = 10 - $I_e$$V_t\ \approx 26mV$$V_{be}$$I_{es} = 10^{-12}$

Ebers-Moll arsası

Y ekseni günceldir ve logaritmik bir ölçektir. 0.55 ila 0.7 volt aralığında değerleri için , transistörden geçen akımın son derece geniş bir aralığa sahip olduğunu fark edeceksiniz - düşük uçtaki mikroamperlerden yüksek uçtaki bir ampere. Bu, yönetim denkleminin üstel davranışından kaynaklanmaktadır.$V_{be}$

Analiz amacıyla, küçük bir sinyal silikon transistörünün , aktif bölgedeyken bu aralıkta olduğu zaman için makul bir varsayım olduğu varsayılarak, eğer değerinin sadece önemli ölçüde daha küçük olması transistörden küçük bir akım akacaktır ve eğer daha büyük olsaydı, transistörün böyle bir cihaz için fiziksel olarak mümkün olmayan akım amperlerini geçirmesi gerekecektir. V b $V_{be}$$V_{be}$

Yine bunun sadece analizi kolaylaştırmak için bir varsayım olduğuna dikkat edin; aktif bölgede ise, belirli bir devrede belirli bir küçük işaret silikon cihazının bu aralıkta olmalıdır, ancak gerçek değeri devre özellikleriyle, bu cihaz, parametreleri, sıcaklık ve diğer faktörlere bağlı olacaktır.$V_{be}$

devre, bu basitleştirmeyi uygulamak için iyi bir durum örneği değildir, çünkü dediğiniz gibi , devrenin kullanıcı tarafından tanımlanabilir tek parametresidir. Bu devrede istediğiniz herhangi bir giriş voltajını seçmekte özgürsünüz, ancak verici doğrudan toprağa bağlı olduğundan, uyguladığınız voltaj ne olursa olsun . Bu nedenle, sunulan devrenin aktif bölgede olmasına izin verecek sadece dar bir giriş gerilimi aralığı olacaktır; Birazdan alçakta ve transistör kesilecek, biraz fazla yüksek ve muazzam bir akım baz verici bağlantı noktasından akacak ve yük direnci nedeniyle kolektör voltajının düşmesine ve transistörü doygunluğa sokmasına neden olacaktır. V b $V_{be}$$V_{be}$

Fermi seviyesi, yarı iletken malzemedeki mobil elektronların (veya deliklerin) ortalama enerjisidir. Fermi seviyeleri elektron volt (eV) olarak ifade edilir ve elektronların gördüğü voltajı temsil ettiği görülebilir.

İçsel silikon (ve germanyum), değerlik bandının üst kenarı ile iletim bandının alt kenarı arasında Fermi seviyesine sahiptir.

Silikonu P-tipine yapıştırdığınızda, çok fazla delik eklersiniz. Artık değerlik bandının üst kısmına yakın çok daha fazla taşıyıcı durumunuz var ve bu da Fermi seviyesini değerlik bandı kenarına yakın bir yere itiyor. Benzer şekilde, N-tipini batırdığınızda, iletim bandının yakınında çok daha fazla kullanılabilir taşıyıcı durumu yaratan ve Fermi seviyesini iletim bandı kenarına yakın iten çok sayıda elektron eklersiniz.

Tipik olarak bir baz yayıcı kavşakta bulunan doping seviyeleri için, P ve N tarafları arasındaki Fermi seviyelerindeki fark yaklaşık 0.7 elektron volttur (eV). Bu, N'den P'ye giden bir elektronun 0.7 eV enerjiyi (bir foton formunda) döktüğü anlamına gelir: Burası ışık yayan diyotların ışıklarını aldığı yerdir: Malzemeler ve doping, kavşak boyunca Fermi seviyelerindeki fark olacak şekilde seçilir Planck denklemi ile belirlendiği gibi, istenen dalga boyunda fotonlara yol açar). Benzer şekilde, P'den N'ye hareket eden bir elektronun bir yerde 0.7 eV alması gerekir.

Kısacası, Vbe aslında kavşağın iki tarafındaki Fermi seviyelerindeki farktır.

Bu Yarıiletkenler 101 malzemesidir, daha ileri gitmeden önce bunu anlamanız gerekir. 101 olduğu gerçeği, basit veya kolay olduğu anlamına gelmez: Yarı iletken teorisinin önkoşullarını ortaya koymak için iki yarıyıl hesabı, iki yarıyıl kimya, iki yarıyıl fizik ve bir diferansiyel denklemler dönemi gerektirir. Yukarıdakilerin tümünü kanlı ayrıntılarla açıklayan bir sınıf.

Baz yayıcı kavşağı bir PN kavşağıdır veya bunu bir diyot olarak düşünebilirsiniz. Ve ileriye doğru eğimli olduğunda bir silikon diyot boyunca voltaj düşmesi ~ 0.7V'dir. Bu nedenle, kitapların çoğunda oda sıcaklığında öne eğik yayıcı bağlantısına sahip bir NPN silikon transistör için .$V_{BE} = 0.7V$

Ancak belirli bir transistör için sabit değildir. Buattan geçen sıcaklık ve akım ile değişir.$V_{BE}$

İyi soru. 0.7 V'luk sık alıntılanan Vbe sadece bir yaklaşımdır. Aktif olarak amplifikatör olan bir transistörün Vbe'sini ölçerseniz, 0.7V veya civarında bir multimetre üzerinde Vbe gösterecektir, ancak o 0.7 üzerinde yakınlaştırabiliyorsanız, osiloskopla yapabileceğiniz gibi, etrafında küçük değişiklikler görebilirsiniz. bu nedenle, herhangi bir anda, bu önyargıya (yükseltilmesini istediğiniz) dayanan giriş sinyali olarak 0.6989V veya 0.70021V olabilir.

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

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

Sorunuz mükemmel.

Transistörler, sadece teorik olarak, herhangi bir Ube <0.7V için tamamen kapalıdır ve herhangi bir Ube> = 0.7V için tamamen açıktır. Bazı düşük güç transistörlerinde, bu idealize edilmiş Ube 0.6V veya 0.65V olabilir.

Pratikte, Ube yüksek güç transistörleri için 0V ila 3V arasında daha da fazla olabilir. Pratikte, transistörler herhangi bir Ube> 0 için hafifçe açılır ve Ube'nin artmasıyla açıklıklarını arttırmaya devam eder.

Bununla birlikte, belirtildiği gibi, Buz'un bağımlılığı veya daha iyisi, Ube'den gelen Rce, belirli bir noktadan sonra büyük ölçüde doğrusal değildir ve bu nedenle, Buzun artması Ube'de büyük bir artışa yol açmaz, ancak böyle vardır.

0.7V'un altında, Buzun artışı biraz doğrusal olabilir ve bu transistöre bağlıdır.

Maksimum buzdaki maksimum Ube, büyük güç transistörleri ve Buz'un 25A'dan büyük olması için kolayca 2,5V ila 3V arasındadır.

Kesin olan bir şey var: analog uygulamalarda, esasen yüksek güç veya yüksek akım transistörleri için Buzun Ube'den bağımlılığı kesinlikle dikkate alınmalıdır.

Buz = 30A ve Uce = 4V'de Ube = 3V olan 2N5302'ye bir göz atın.

Bu yazının sonunda, bir bipolar voltaj kazancını nasıl hesaplayacağınızı bileceksiniz.

Hayali bir bipolar için Vbe - Collector Current tablosunu inceleyelim:

VBE Ic

0.4 1uA

0.458 10uA Uyarı 58mV daha fazla Vbe tam olarak 10X daha fazla akım verir.

0.516 100uA

0,574 1mA

0.632 10mA

0.690 100mA [transistör SICAK, bu nedenle akım transistörü kaçırabilir ve eritebilir (sabit taban voltajı ile bipolar ile bilinen bir risk)]

0.748 1AMP transistör SICAK

0.806 10Amps transistörü SICAK

Aslında 1uA ila 10Amps kolektör akımı üzerinde iki kutuplu bir transistör çalıştırabilir miyiz? Evet, güç transistörü ise. Ve daha yüksek akımlarda, 58 miliVolts daha fazla Vbe gösteren bu ince tablo 10X daha fazla akım üretir - toplu silikon doğrusal bir dirence sahip olduğundan eğri izleyicileri bunu gösterecektir.

58mV'den küçük değişikliklere ne dersiniz? Vbe Ic 0.2 volt 1nanoAmp (0.4v'de 1uA'nın altında 58mV'nin yaklaşık 3 faktörü) 0.226 2.718 nanoAmp (0.026v fizik E ^ 1 daha fazla I verir) 0.218 2.000 nanoAmp 0.236 4.000 nanoAmp 0.254 8.000 nanoAmp (N * bulacaksınız Voltaj referanslarında 18mV)

Tamam, yeterli masa. Vakum tüplerine veya MOSFETS ............... 'ya benzer bipolar transistörü, Giriş Voltajındaki değişikliklerin Çıkış Akımında değişikliklere neden olduğu transkondüktörler olarak görelim.

Bipolar kullanımı eğlencelidir, çünkü DC kollektör akımını (yani, giriş AC sinyali olmadan), herhangi bir bipolar için kesin olarak iletkenliği biliriz.

Kısaca, bunu 'gM' veya 'gm' etikelinde tutuyoruz, çünkü vakum tüpü veri kitapları, Şebeke voltajının Plaka akımını nasıl kontrol ettiğini açıklamak için değişken "karşılıklı iletim" i kullandılar. Bunun için gm kullanarak Lee deForest'i onurlandırabiliriz.

25 derecelik bir bipolar gm ve kt / q'nun 0.026 volt olduğunu bilen -------> Ic / 0.026'dır ve eğer Kollektör akımı 0.026 amper (26 miliAmp) ise, gm 1 amp'dir volt başına.

Böylece tabandaki 1 milivolt PP 1milliAmp PP toplayıcı AC akımına neden olur. Taylor Serisini kullanarak tahmin edebileceğiniz bazı bozulmaları görmezden gelmek. Ya da Barry Gilbert'ın bipolar için IP2 ve IP3'teki yazıları.

26mA taşıyan kollektörden +30 volt'a 1Kohm dirence sahip olduğumuzu varsayalım. Vce 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 volttur, bu nedenle bipolar "lineer" bölgededir. Kazancımız nedir?

Kazanç gm * Rcollector veya 1 amp / volt * 1,000 ohm veya Av = 1,000x'dir.

Sorunuz:

bir amplifikatör aşaması için giriş değişkeni olduğunda Vbe nasıl sabit kalabilir?

Kolay cevap şudur:

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

Ama şimdi senin gerçek şüphen olduğuna inandığım şeyi cevaplamaya çalışacağım. DC analizinden ve devrenin küçük sinyal analizinden kavramı karıştırdığınızı düşünüyorum.

"Giriş değişkeni" olarak adlandırdığınız şeyin aslında bir DC bileşeninin üstünde bir AC bileşeni vardır:

$V_{BE}$

Sanırım şimdi karışıklığınızın nereden geldiğini görebilirsiniz. Endişelenme, oldukça yaygın bir karışıklık. Her zaman öğretmenlerin ve kitapların DC analizi ve küçük sinyal analizi açısından nasıl düşünüleceğini ve her birinde hangi varsayımların uygulanması gerektiğini açıklamakta iyi bir iş yapmadığını düşündüm.

Hepsini özetlemek gerekirse:

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

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

Not: yukarıdaki şemanın kaynağını burada bulabilirsiniz .