¿Por qué la retroalimentación se está activando a más de 4V?

Tu curva está compuesta de 3 partes. 1 es de 0 a ~ 3.7 voltios, con prácticamente cero amperios. 2 es de aproximadamente 3.7 a aproximadamente 4.3 voltios, y en esta región la corriente es esencialmente lineal con respecto al voltaje. 3 está por encima de 4,3 voltios con un aumento gradual gradual de la corriente.

1) ocurre con el NPN apagado debido a 0 Vbe, y dura hasta que la tensión de alimentación, a través de Rin, alcanza el umbral de la puerta MOSFET, en este caso de aproximadamente 3,5 a 3,6 voltios.

2) Un aumento adicional en el voltaje de suministro provoca un rápido aumento en la corriente del diodo, que también produce un rápido aumento en el voltaje base en el NPN, pero no lo suficiente como para encenderlo.

3) Cuando la tensión de alimentación llega a aproximadamente 4,3 voltios, la corriente del diodo alcanza casi 200 mA. Esto produce aproximadamente .5 voltios en la base NPN, lo cual es suficiente para comenzar a producir corriente de colector y reducir la tasa de aumento en el voltaje de la compuerta. Comienza con este bajo voltaje de base (menor que los 0,6 a 0,7 voltios mencionados generalmente) porque Rin es tan alto que toma muy poca corriente de base para producir una corriente de colector efectiva. A medida que la tensión de alimentación continúa aumentando, el transistor se activa cada vez más, lo que limita el aumento de la tensión de la compuerta y, por lo tanto, la tensión de la base.

Para verificar esto, agregue un circuito que consiste en un MOSFET con voltaje de compuerta conectado a su compuerta M2, fuente a tierra, y drene al suministro de CC mediante una resistencia de 1k. Controlar la tensión de drenaje del nuevo MOSFET. Verá que la tensión de drenaje cae a cero justo antes de que la corriente del diodo empiece a aumentar.

Y para lo que vale, la razón por la que no ve muchos cambios con Rin es que los transistores NPN que están usando para simular esto tienen una corriente de fuga muy baja. Si prueba un transistor más antiguo, como el 2N2222, verá un voltaje de encendido mucho más alto. Esto se debe a que la fuga en el NPN actúa como un divisor de voltaje y reduce el voltaje de la compuerta M2. Para verificar esto, controle la tensión de la compuerta del MOSFET, y verá que para su NPN inicial, la tensión de la compuerta sigue de cerca la tensión de alimentación hasta que la NPN comienza a conducir. Con un NPN más antiguo y con más fugas, verá que el voltaje de la compuerta se reduce significativamente.

Entonces, la respuesta simple a tu pregunta de la publicación es: porque 4 voltios es la suma del umbral de la puerta MOSFET y el punto de conducción de la base NPN.