¿Cuál es la definición precisa de sesgo directo e inverso para una unión P-N?

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Siempre he pensado que para una unión P-N, el sesgo hacia adelante simplemente significa que \ $ V_ {PN} > 0 \ $ y polarización inversa significa que \ $ V_ {PN} < 0 \ $.

Sin embargo, en este artículo sobre los BJT de NPN, está la siguiente oración (énfasis por mi):

  

Vbe < 0.7V (la unión de la base del emisor no está sesgada hacia adelante)

Por lo tanto, define el sesgo directo de una unión P-N como \ $ V_ {PN} > V_ {th} \ $, donde \ $ V_ {th} \ $ es el voltaje de umbral que debe realizar la unión.

Entonces, ¿cuál es la definición correcta de sesgo hacia adelante? Cuando veo una expresión como: "El emisor de base tiene un sesgo hacia delante" debería entender:

  • \ $ V_ {BE} > 0 \ $

O

  • \ $ V_ {BE} > V_ {th} \ $
pregunta Utku

3 respuestas

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Es un poco de handwaving. Lo que realmente quieren decir es que la unión B-E no lleva ninguna corriente directa significativa. Si V BE está entre 0.0 V y 0.65 V, técnicamente está sesgado hacia adelante, pero el sesgo no es suficiente para superar la tensión de barrera interna de la unión, por lo que no se realiza.

    
respondido por el Dave Tweed
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Depende del contexto, creo. Si esa declaración se hace en un artículo / libro de texto que intenta modelar el comportamiento de la vida real de un transistor o diodo (o cuando se trata de señales pequeñas en general), entonces probablemente significa: \ $ V_ {BE} > 0.7 \ $

Pero en algunos casos esto puede no importar, ya que puede no ser el objetivo de la lección, por ejemplo. Un artículo sobre recortadoras de diodo para 220 V CA. En este caso, la caída de voltaje relativamente pequeña en el diodo podría considerarse irrelevante, aunque todavía existe, por supuesto. Para no quedar atrapado en los detalles, simplemente puede asumir que significa: \ $ V_ {BE} > 0 \ $

    
respondido por el TisteAndii
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La definición es bastante interesante, porque se basa en los modelos del transistor, no en el transistor en sí. Obviamente, un transistor real tiene respuestas suaves a todas las entradas, sin "puntos" mágicos donde su comportamiento cambia repentinamente. Sin embargo, esa respuesta es complicada. Observamos que, una vez que Vbe supera un cierto voltaje (0.7V para muchos transistores), podemos usar ecuaciones drásticamente más simples para modelar el comportamiento y lograr resultados muy precisos. Por lo tanto, las hojas de datos suelen proporcionar un Vbe de "sesgo hacia adelante", que es el sesgo necesario para colocar el transistor en ese modo.

Bajo el capó, los transistores están estrechamente relacionados con los diodos, por lo que podemos usar las ecuaciones de los diodos para comprender de dónde provienen algunos de estos comportamientos. La ecuación de Shockley para un diodo es \ $ I = I_s (e ^ \ frac {V_D} {nV {T}} - 1) \ $ Como podemos ver, tenemos una exponencial menos una constante, por lo que para pequeña o negativa \ $ V_D \ $, el exponencial estará muy cerca de 1, por lo que la resta dará como resultado una corriente de casi cero a través del diodo. Sin embargo, a mayor \ $ V_D \ $, la sustracción se vuelve casi sin importancia, y vemos un aumento exponencial en la corriente con el voltaje. ¿Dónde se produce esta ruptura? Se basa en \ $ V_T \ $, que es el voltaje térmico (una constante) y \ $ n \ $, que es un factor de "idealidad" (normalmente entre 1 y 2). No hace falta decir que el mero hecho de que exista un factor de "idealidad" en la ecuación muestra por qué este concepto de sesgo hacia adelante es más empírico que cualquier otra cosa.

Realmente, si lo piensas bien, el concepto de sesgo hacia adelante divide el comportamiento del transistor en tres regiones, incluyendo algunos \ $ \ epsilon \ $ vinculados alrededor de \ $ V_ {th} \ $ para dar cuenta de lo turbio transición:

  • Desviados hacia adelante (\ $ V_ {BE} > V_ {th} + \ epsilon \ $): las ecuaciones se pueden simplificar al ignorar la mayoría de los efectos de bajo voltaje.
  • Inverso sesgado (\ $ V_ {BE} < V_ {th} - \ epsilon \ $): las ecuaciones pueden asumir que el transistor está "apagado", donde (exponencial-1) está muy cerca de 0.
  • Transición (\ $ V_ {BE} \ approx V_ {th} \ $): ninguna ecuación simplificada modelará realmente los comportamientos en esta región. Si está realmente cerca de \ $ V_ {th} \ $, puede que vea artefactos extraños que solo se explican con un modelo de transistor más completo que no depende de \ $ V_ {th} \ $ como parámetro fundamental.

Tenga en cuenta que existe un efecto llamado descomposición por avalancha, en el que el diodo deja de impedir el flujo de corriente (debido a los efectos cuánticos) si le pone un voltaje negativo lo suficientemente alto. Su comportamiento también está bien modelado por un exponencial, por lo que tiene otra región borrosa en la que necesita un modelo más complicado, después de lo cual las ecuaciones se simplifican nuevamente. Esto sugiere cinco regiones en total (desde la mayoría de \ $ V_ {BE} \ $ a la más positiva): desglose, transición 1, polarización inversa, transición 2, polarización directa. Afortunadamente para la mayoría de los casos, puede ignorar las transiciones porque son lo suficientemente pequeñas, pero si desea comprender con precisión lo que está sucediendo, es útil recordar que están allí.

    
respondido por el Cort Ammon

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