Encontrar el voltaje del emisor de base en un transistor NPN

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El problema pide encontrar el valor real del voltaje del emisor de base, \ $ V_ {BE} \ $ y el correspondiente \ $ I_C \ $, y \ $ V_ {OUT} \ $ en la siguiente figura: < a href="https://i.stack.imgur.com/smAyq.png">

Se da

\ $ V_ {CE (sat)} \ $ pero el transistor no está necesariamente en modo de saturación; de hecho, es probable que funcione en el modo activo hacia adelante, por lo que primero tengo que resolver el valor real de los voltajes de la unión para determinar su modo de operación. Solo se da \ $ V_ {CC} \ $ y tengo demasiadas incógnitas. He intentado usar técnicas de análisis de circuitos, KVL y KCL además de la ecuación del transistor, pero hay más incógnitas que ecuaciones en las que puedo pensar. ¿Alguna idea? Solo necesito suficientes ecuaciones. Gracias!

    
pregunta John Smith

5 respuestas

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Tenemos dos ecuaciones para dos cantidades desconocidas (Vbe e Ic):

IC = beta (Vcc-Vbe) / RB y Ic = Is * exp [(VBE / VT) -1] .

(Para el funcionamiento normal en el modo activo, la expresión exponencial es mucho más grande que "1", por lo tanto, podemos descuidar el "1").

  • Es posible una solución exacta (solución gráfica) si representamos ambas funciones Ic = f (VBE). El punto donde se encuentran ambas curvas es el punto de operación real (Ic y VBE).

  • No es posible una solución numérica exacta en un solo paso (debido a la función exponencial). Sin embargo, existen las dos alternativas siguientes:

(a) Solución iterativa: Comience con VBE = 0.65 voltios y verifique, usando ambas funciones, si este valor es demasiado grande o demasiado pequeño (e intente una segunda ejecución).

(b) Reemplace la función exponencial por la (s) primera (s) parte (s) de la serie de potencias correspondiente: exp (x) = 1 + x + x² / 2! + ...... Esta aproximación permite una solución numérica directa pero aproximada (combinación matemática de ambas funciones).

    
respondido por el LvW
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Antes de las ecuaciones, es útil saber esto:

Vbe estará cerca de 0.7 voltios si Ie está cerca de 1mA

Vbe estará cerca de 0.52 voltios si Ie está cerca de 1uA.

Vbe estará cerca de 0.34 voltios si Ie está cerca de 1nanoAmp.

Vbe estará cerca de 0.16 voltios si Ie está cerca de 1picoAmp.

Tenga en cuenta que cada factor de 1,000 menos, es decir, resultados (3 * 0.06volt) menos Vbe.

Cada factor de 2.718 ... produce un cambio de 0.026 voltios en Vbe; el 0.026v proviene de [Q / K * T]

Cada factor de 2X resulta en 0.018volts; verá diseños de referencia de intervalo de banda de información privilegiada enterrada de 0.018v o de 0.036v o de 0.054v.

Todos estos números son válidos a temperatura ambiente; estos voltajes cambian en aproximadamente -2milliVolts / degreeCentrigrade; es decir, una temperatura más alta da como resultado un Vbe más bajo (y Vdiode, si se mide un diodo simple).

    
respondido por el analogsystemsrf
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Para resolver este problema, primero asuma que el transistor está en modo activo. Para este Vbe debe ser de 0,7 V.

Para que pueda calcular la corriente que fluye a través de Rb / base ahora.

Ya sabes beta, por lo que puedes calcular la corriente del colector, por lo tanto, el voltaje del emisor del colector.

Basado en nuestra suposición inicial, el transistor está en modo activo. Por lo tanto, Vc debería ser mayor que Vb si fuera correcto. Si no, comience desde el principio asumiendo que está en saturación. (Vce = 0.2V). Buena suerte.

    
respondido por el Çetin K
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¿Alguna idea? Solo necesito suficientes ecuaciones.

El lado de la base es esencialmente Rb en serie con un diodo. Suponiendo que sea razonable Ic / Rc, puede resolverlo de forma gráfica o numérica, mediante la iteración de Vbe - > Ib - > Es decir - > nuevo Vbe - > nuevo Ib .... también puedes comenzar con Ib.

Este enfoque asume un par de cosas que pueden ser problemáticas en algunos casos:

  1. beta constante: en realidad, la beta baja a medida que Ic sube y baja (en dos extremos).

  2. Vce sigue siendo razonable, generalmente de 10 a 20mv, pero con suerte 100mv o más. de lo contrario, el transistor está en saturación.

un caso más interesante es aquel en el que el extremo superior de Rb está vinculado al colector, introduciendo un elemento de retroalimentación negativa para estabilizar el punto de trabajo de CC.

el enfoque propuesto por LvW es incorrecto, no hay base para la primera ecuación.

    
respondido por el dannyf
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Cuando se conectan a las fuentes de voltaje ideal , asuma que pueden hundirse y proporcionar suficiente corriente para mantener sus voltajes. Eso significa que \ $ V_ {B} \ $ es \ $ V_ {IN} \ $ y \ $ V_ {E} \ $ es GND. Entonces, \ $ V_ {BE} \ $ es simplemente \ $ V_ {IN} \ $.

Ahora para \ $ V_ {OUT} \ $, que \ $ V_ {CE} \ $, que por supuesto no es lo mismo que \ $ V_ {CESAT} \ $, que es típico \ $ V_ {CE} \ $ en saturación.

$$ V_ {CESAT} $$ $$ if \ quad B_ {F} (V_ {IN} - V_ {BESAT}) / ((B_ {F} +1) (R_ {PB} + R_ {PE})) > (V_ {IN} - V_ {BESAT} + V_ {CESAT}) / (R_ {C} + R_ {PC}); $$

$$ V_ {DD} - (R_ {C} + R_ {PC}) B_ {F} (V_ {IN} - V_ {BESAT}) / ((B_ {F} +1) (R_ {PB } + R_ {PE})) $$ $$ if \ quad de lo contrario $$

\ $ R_ {PB} \ $ es resistencia de base parásita, \ $ R_ {PE} \ $ es resistencia de emisor parásito y \ $ R_ {PC} \ $ resistencia de colector parasitice. Por lo general, son de 0,5 a 1,5 ohmios, por lo que solo es útil tenerlos en cuenta cuando BJT se está fallando en el modo actual. Como ahora que la base y el emisor están conectados directamente a las fuentes.

Para un cálculo aún más preciso, \ $ V_ {CESAT} \ $ y \ $ V_ {BESAT} \ $ son solo los límites mínimos y máximos, tomados como una sola entidad, que \ \ V_ {CE} \ reales $ y \ $ V_ {BE} \ $ pueden tomarse en saturación dadas las fórmulas actuales de los modelos Ebers-Moll o Gummel-Poon. Esto puede no ser tan preciso como comenzar con dichos 2 modelos anteriores y usar Convergencia, Métodos Numéricos o Motores Simbólicos, pero esto es lo suficientemente bueno para determinar las regiones y modos en que se encuentran los transistores.

EDITAR:

Por el modelo Ebers-Moll, no me refiero al habitual: enlace

Me refiero a la completa: enlace

No se pudieron adjuntar las imágenes ya que son SVG. Tampoco me molestaré en escribirlo.

    
respondido por el Dehbop

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