¿Cómo es posible que con el mismo Ibase haya más de un Vce?

Considera los dos transistores a continuación.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Se están controlando en la región lineal, es decir, no se saturan. Ambos tienen corrientes de base idénticas y configuran corrientes de colector idénticas (casi). Sin embargo, debido a que la resistencia del colector es diferente en cada circuito, la caída de voltaje a través del colector-emisor debe ser diferente para establecer esa corriente.

Lo que realmente te muestra esa gráfica es que la diferencia entre el modo lineal y el modo de saturación cambia con la cantidad de corriente que intentas pasar.

La razón por la que el Ic es diferente en lo anterior es porque estos son modelos de transistores reales. Lineal no es realmente lineal, simplemente plana. Su gráfica no muestra que una pequeña \ $ V_ {CE} \ $ hace una mayor \ $ I_C \ $, muestra en la región lineal una mayor \ $ I_B \ $ hace una mayor \ $ I_C \ $. La gráfica muestra a continuación un cierto \ $ V_ {CE} \ $ que el transistor está saturando, es decir, solo se convierte en una resistencia. El voltaje en el que eso sucede depende de la cantidad de corriente base que lo alimentes.

Adición

Puede ayudarlo a comprender si considera que un transistor realmente cambia su resistencia óhmica según el voltaje aplicado y la corriente de base. Si tomas tu gráfico y lo diferencias, obtendrás este gráfico que rara vez se ve.

Como puede ver, para cualquier corriente de base dada, la resistencia efectiva aumenta linealmente con el \ $ V_ {CE} \ $ aplicado. Sin embargo, existe una resistencia mínima intrínseca que el transistor puede presentar debido al propio material. Esta resistencia mínima también se modifica por el efecto de la corriente de base que pasa a través de la unión también. Cuando la resistencia alcanza ese valor mínimo, el transistor está saturado.

Nota: el gráfico anterior se generó a partir de su gráfico idealizado. En realidad las cosas no son tan lineales.

Porque el colector actúa como un sumidero de corriente constante (NPN) o una fuente de corriente constante para PNP BJT. En cuanto a la física, tal vez pregunte en el sitio de intercambio de pila de física.

En realidad, no es una fuente de corriente constante perfectamente plana, por lo que si bien puede obtener 2 mA Ic por 20 uA Ib, Ic puede aumentar de 2 mA a 2.1 mA a medida que la tensión del emisor del colector cambia de 1 voltio a 10 voltios: / p>

Los BJT se clasifican comúnmente como que tienen una ganancia de corriente (hFE), por lo que si fuerza una corriente constante en la base, puede esperar una corriente relativamente constante dentro o fuera del colector.

Si tenemos una situación cuando \ $ V_ {CE} > V_ {BE} \ $ los BJT se encuentran en la llamada "región activa".

Y como primera aproximación, podemos tratar el BJT como una fuente de corriente de colector controlada de corriente base (lo cual no es exactamente cierto). Pero sus parcelas \ $ I_C \ $ vs \ $ V_ {CE} \ $ para un \ $ I_B \ $ dado suponen justamente esto.

Comosepuedever,lacorrientedebase"establece" la corriente del colector.

Si la corriente de base (\ $ I_B \ $) está fluyendo, el BJT está "ENCENDIDO". Por lo tanto, debe haber un flujo de una corriente \ $ β \ $ veces \ $ I_B \ $ en el recopilador.

Y \ $ I_C = I_B \ cdot β \ $ plus \ $ I_E = I_B + I_C \ $ son los principios básicos de un transistor en "región activa".

Pero no se confunda con estos ejemplos y suponga que la corriente de base se magnifica mágicamente de alguna manera para formar la corriente de colector. Este no es el caso (no es cierto). Lo que está sucediendo es que la corriente base está controlando la cantidad de corriente que el colector-emisor extrae de una fuente de suministro.

Ahora intentemos agregar el resistor \ $ R_C \ $ y veremos qué sucederá. Ahora le damos a \ $ R_C \ $ resistencia una tarea muy importante. Su trabajo será convertir la corriente del colector en voltaje. \ $ R_C \ $ actuará como un convertidor de corriente a voltaje gracias a la ley de Ohm \ $ V_ {RC} = I_C \ cdot R_C \ $.

Comopuedeverenlosprimerosdosejemplos,BJTestátrabajandoen"región activa" y la corriente del colector sigue esta ecuación \ $ I_C = β \ cdot I_B \ $ (primera aproximación).

Y el voltaje en el colector del transistor es igual a:

\ $ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C \ cdot R_C \ $

Espero que entiendas estos dos ejemplos simples

Pero algo "salió mal" en el tercer ejemplo.

En el último ejemplo \ $ I_C = β \ cdot I_B = 100 \ cdot 1 \ textrm {mA} = 100 \ textrm {mA} \ $ no aguantes más.

¿Sabes por qué?

Porque ahora tenemos \ $ R_C \ $ en serie con el colector de transistores.

Por lo tanto, \ $ \ frac {V_ {CC}} {R_C} = \ frac {10V} {1 \ textrm {k} \ Omega} = 10 \ textrm {mA} \ $ es la corriente máxima que Vcc puede suministrar "en" colector de transistores.

La corriente de base (1mA) "intenta forzar" la corriente del colector a 100mA. Pero la corriente del colector no puede ser mayor que \ $ \ frac {10V} {1 \ textrm {k} \ Omega} = 10 \ textrm {mA} \ $. Pero BJT intenta crear una situación en la que la corriente del colector es igual a este 100 mA controlando la "resistencia" de la ruta del colector-emisor a través del dispositivo. El transistor solo puede disminuir la tensión del colector-emisor a la tensión \ $ V_ {CEsat} \ $. El BJT en pleno ON. El transistor está en la región de saturación. Y en la saturación \ $ I_C = β \ cdot I_B \ $ no aguanta más. Pero la corriente del emisor siempre es igual a \ $ I_B + I_C = 1 \ textrm {mA} + 10 \ textrm {mA} = 11 \ textrm {mA} \ $

Más sobre la saturación aquí Una pregunta sobre Vce de un NPN BJT en la región de saturación

Como nota adicional, al agregar la resistencia \ $ R_C \ $ creamos un amplificador de voltaje. Cualquier cambio en la corriente base corresponde a un cambio mucho mayor en la corriente del colector. Y este cambio en la corriente del colector se convierte en cambio de voltaje con la ayuda de una resistencia de colector.

Por ejemplo, para Rc = 1K necesitamos un cambio en Ic ≈ 10mA (cambio de 0.1mA en IB) para cambiar el voltaje Vce de 10V a 0V. Pero ahora, si aumentamos la resistencia Rc a 2KΩ, necesitamos un cambio más pequeño en el colector (ΔIc = 5mA) para obtener el mismo cambio en Vce (10V a 0V). Por lo tanto, necesitamos un cambio más pequeño en el voltaje de entrada para obtener el mismo cambio en el voltaje de salida. Todo esto significa que nuestro amplificador tiene una mayor ganancia de voltaje para un mayor valor de resistencia Rc.