¿Posibles caídas en BJT en la configuración de CE?

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En un diodo de unión p-n simple, hay una \ $ V_ {eq} \ $, la diferencia potencial entre el doped p-doped y la parte dopada n del diodo. Cuando se aplica un potencial externo \ $ V \ $ en polarización directa, y si se supone que toda la resistencia del diodo está en la unión (región de agotamiento), la nueva diferencia de potencial entre la unión pn se convierte en \ $ V_ {eq} -V \ $ y la corriente es \ $ I_0 (\ exp (qV / k_BT) -1) \ $ (donde \ $ k_B \ $ = constante de boltzmann, \ $ q \ $ = cargo del operador, \ $ T \ $ = temperatura absoluta). Quiero extender esto a un BJT. (Transistor de unión bipolar, pnp)

Supongamos que tenemos un BJT en la configuración CE (emisor común) con \ $ V_ {eq} ^ {BE} = 100, V_ {eq} ^ {BC} = 80 \ $ como en la imagen (1). Luego, el \ $ V_ {CE} = 10 \ $ externo se aplica como en la imagen (2). (B + base, E = emisor, C = colector)

  

¿Esta caída aparece completamente en la unión BC o en parte en la   BE y el cruce de BC? (como se supone en la imagen)

A continuación, si tenemos \ $ V_ {CE} = 10 \ $ (de manera que la unión BC tiene polarización inversa) y ahora también conectamos una pequeña \ $ V_ {BE} = 3 \ $. (imagen (3 )). En este caso, la diferencia de potencial en la unión BE siempre será menor que \ $ V_ {eq} ^ {BE} \ $ debido al sesgo hacia adelante que no es cero \ $ V_ {BE} \ $ y, por lo tanto, será enviado sesgo (\ $ V < V_ {eq} \ $) para cualquier valor de \ $ V_ {BE} \ $.

  

Entonces, ¿por qué decimos que en el estado de corte, la unión BE también es   ¿polarización inversa? ¿La voluntad no es sesgada hacia adelante solamente?

Además, casi no hay corriente (tanto \ $ I_B \ $ como \ $ I_C \ $) en la región de corte, la razón es el sesgo inverso de ambas uniones. Esto debería ser falso, y la ausencia de corriente se debe al hecho de que no se ha alcanzado el voltaje de rodilla para la unión BE con polarización directa. Las tres imágenes a las que se hace referencia en la pregunta se publican a continuación.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
pregunta Satwik Pasani

1 respuesta

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Si bien es interesante, tus predicciones son incorrectas.

La causa de su error está enraizada en el primer párrafo de la pregunta: malinterpreta el significado de voltaje incorporado. Permítame escribir una respuesta paso a paso: es posible que ya conozca la mayor parte de la teoría, pero hay otros que no la conocen.

Doped Silicon

Sin pérdida de generalidad déjame hablar de Silicon.

El dopaje es un proceso de agregar átomos que no son de silicio al volumen de silicio (de lo contrario puro). Los dopantes (= átomos que se agregaron) son neutros, por lo tanto, el material también se mantiene neutral. Sin embargo, los dopantes tienen una propiedad muy interesante: cada átomo dopante contribuye con un portador de carga gratuita. Estos portadores de carga se pueden usar (y se usan) como los portadores actuales principales en dispositivos semiconductores.

Los dopantes "donadores" agregan portadores libres cargados negativamente - electrones. El material resultante se llama \ $ n \ $ - tipo silicon.

Los dopantes "aceptadores" agregan portadores libres cargados positivamente - agujeros. El material resultante se llama \ $ p \ $ - tipo silicon.

Región de agotamiento

Cuando se ponen en contacto dos piezas de silicio dopadas opuestamente, la gran diferencia en la concentración de portadores libres da lugar a corrientes de difusión (hay muchos más agujeros en el lado \ $ p \ $ y muchos más electrones en el \ $ n \ $ lado). Mientras que los transportistas libres se difunden a través del límite, "dejan atrás" los iones dopantes estáticos. Los portadores se neutralizan entre sí (recuerde que tienen polaridades negativas), pero los iones permanecen en sus lugares y dan lugar a campos eléctricos locales:

Ladifusióndescritaanteriormentecontinúahastaquelamagnituddelcampoeléctrico,inducidaporlosionesdopantes"expuestos", sea suficiente para equilibrar la tendencia de los portadores libres a difundirse.

La región que contiene iones expuestos se llama Región de agotamiento. Hay un campo eléctrico dentro de esta región que impide que los transportistas libres se difundan más.

Voltaje incorporado

Dado que hay un campo eléctrico en la región de agotamiento, existe una diferencia de potencial asociada con este campo. Esta diferencia de potencial se denomina "voltaje incorporado" (generalmente denotado por \ $ V_ {bi} \ $; es este voltaje al que llama \ $ V_ {eq} \ $).

Ahora es el hecho más confuso sobre el voltaje incorporado: no se puede observar externamente. Esto significa que si toma un voltímetro e intenta medir el voltaje entre los lados \ $ p \ $ y \ $ n \ $ del diodo cuando está en equilibrio térmico (es decir, sin polarización externa), leerá 0V.

Interpretación incorrecta

El primer párrafo de su pregunta sugiere que piensa que el voltaje incorporado representa la diferencia de potencial entre los dos lados de un diodo. Este no es el caso: la diferencia de potencial es de 0 V en equilibrio térmico, y la tensión incorporada solo compensa la tendencia a la difusión.

Sin embargo, es cierto que cuando se aplica un sesgo externo, se reduce la magnitud del voltaje en la región de agotamiento: $$ V_ {agotamiento} = V_ {bi} -V_ {aplicado} $$

Si \ $ V_A > 0 \ $ (sesgo directo): el voltaje en la región de agotamiento se reduce y el ancho de la región se reduce. En este caso, el diodo conducirá una corriente de polarización directa que tiene una dependencia exponencial de \ $ V_A \ $.

Si \ $ V_A < 0 \ $ (polarización inversa): el voltaje en la región de agotamiento aumenta y el ancho de la región aumenta. El diodo no conducirá ninguna corriente apreciable en modo de polarización inversa.

Ahora sugiero que intente reconsiderar sus modelos, teniendo en cuenta que no hay diferencias potenciales entre las partes de los dispositivos de semiconductores en equilibrio térmico.

    
respondido por el Vasiliy

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