BJT NPN flujo de corriente

Leí que eres un EE y no quieres saber sobre física. ¡Pero conocer la física es a menudo la clave para entender el comportamiento externo! En un transistor de unión bipolar se puede imaginar la región de la base central como una colina que la carga debe subir para llegar del emisor al colector. Aunque el voltaje del colector al emisor es positivo, la pendiente evita que los electrones en el emisor simplemente se muevan hacia el colector. Es por eso que un transistor NPN sin conexión de base no consume una corriente apreciable. Un voltaje entre la base y el emisor eleva o baja esta colina. Un Vbe positivo baja la colina en un NPN. Los electrones en el emisor ahora pueden enjugar sobre la colina. El efecto es exponencial: un cambio lineal en la polarización del emisor de base provoca un aumento exponencial en la corriente del colector-emisor. Ahora, ¿de dónde viene la ganancia actual? ¿Por qué todos los electrones que entran en la región base no quedan atrapados por el sesgo positivo en la base? ¿No atraen los electrones al terminal de batería de base positiva? Respuesta: A medida que el enjambre de electrones se mueve (difunde) a través de la región base (se mueve sobre la colina), algunos de ellos quedan atrapados en la base y son recolectados por la batería base. Pero si la región de la base se fabrica para ser muy delgada, la mayor parte del enjambre pasa la colina y atraviesa la base sin ser atrapado. Este es el aspecto curioso de los transistores. El sesgo de la base permite que los electrones se difundan, pero los electrones se difunden tanto antes de ser atrapados que están bien en el colector antes de que la mayoría de ellos puedan ser capturados (esta distancia se denomina longitud de recombinación, y la región base se hace mucho más delgada que esta longitud). Por lo tanto, la ganancia de corriente es la relación de la tasa de electrones que atraviesa la base en comparación con la tasa de captura de electrones.

No está claro si estás preguntando cómo funciona un transistor a nivel físico o cómo funciona en un circuito. Desde el nivel aparente de su pregunta, debe comenzar con este último. En realidad, no es necesario saber cómo un transistor hace lo que hace en el interior para aprender qué hace desde el punto de vista del mundo exterior y para comenzar a utilizar transistores en circuitos.

Una vez que entiendas eso, es útil tener un conocimiento básico de la física del dispositivo, pero hay mucho que puedes hacer con un modelo de circuito simple. Además, este es el sitio de ingeniería eléctrica. El funcionamiento interno de un transistor se solicita mejor en el sitio de física.

Esto es lo que hace un BJT NPN (transistor de unión bipolar):

Puede considerarlo como una válvula ajustable que permite que una cierta cantidad de corriente fluya hacia el colector y salga por el emisor. Esa válvula es controlada por la corriente de base, que también sale del emisor. La corriente del emisor es, por lo tanto, la corriente base más la corriente del colector.

Entonces, ¿cuál es el problema? La principal propiedad útil es que la corriente de colector que permite la válvula es proporcional a la corriente de base, pero mucho más grande que ella. El transistor tiene ganancia , que en este caso es la relación de la corriente del colector que permitirá a la corriente base que se necesita para permitir esa corriente del colector.

Los transistores de señal pequeños tienen fácilmente una ganancia de 50 o más. Transistores de potencia grandes tal vez 15-30 por lo general. Hay algunos transistores de señal que han garantizado ganancias de varios 100.

Por ejemplo, supongamos que tiene un transistor con una ganancia de 50. Si conecta a tierra el emisor e inyecta 1 mA en la base, el colector ahora puede hundir hasta 50 mA.

Un par de arrugas más, y puedes diseñar circuitos útiles con estas cosas:

1. B-E el transistor parece un diodo al circuito. Eso significa que para un transistor de silicio normal, el voltaje B-E estará en el rango de 500-700 mV cuando esté colocando corrientes de control útiles a través de la base. Al igual que un diodo, el voltaje es razonablemente insensible a la corriente, pero siempre habrá alguna variación.

2. Cuando se ajusta la válvula para permitir más corriente de la que se suministra al colector, se esperaría que el voltaje de C-E fuera a 0. No es suficiente. Calcule aproximadamente 200 mV para un pequeño transistor de señal en saturación (cuando permitiría más corriente de colector que la que el circuito le da). Los transistores pueden hacer interruptores decentes para muchas aplicaciones, pero siempre habrá un mínimo de voltaje en el interruptor.

" ¿Puede u explicar cómo se realiza la amplificación "

@ user3252171 - Permítame intentar responder a su pregunta. Sin embargo, al principio debo dirigir su atención al hecho de que en las respuestas proporcionadas hasta ahora encontrará dos diferentes explicaciones para el mecanismo de control de la corriente del colector.

Por lo tanto, necesitamos la respuesta a la pregunta: ¿La corriente de colector Ic está controlada por Ib o por Vbe? Sólo una respuesta es posible. Y la respuesta es: Ic = f (Vbe) .

La corriente del colector es controlada por Vbe y NO por Ib. Ib es el resultado del voltaje de emisor de base aplicado, pero no es la causa de Vbe ni Ic. Por otro lado, tenemos una relación más o menos fija entre Ic y Ib (llamada ganancia de corriente B resp. Beta), pero esta es una correlación simple y no tiene nada que ver con un mecanismo de control (causación). p>

No se confunda: sé que estas dos explicaciones diferentes (contradictorias) también se pueden encontrar en los libros de texto. La razón puede ser que durante el cálculo de los circuitos basados en transistores estas propiedades físicas a veces se pasan por alto. Sin embargo, es sorprendente que todas las personas hagan uso, por supuesto, de una tensión de polarización Vbe (en el rango de 0,65 ... 0,7 voltios). Sin embargo, algunos de ellos todavía piensan que esta tensión no tendría una función de control. Un error grave, porque hay muchos efectos, propiedades del circuito y principios de funcionamiento que solo pueden explicarse en función del control de voltaje.

Ahora, el conocimiento correcto del principio de control de BJT es la clave para entender cómo se puede amplificar el transistor : hay una característica de transferencia que relaciona la entrada de transistores (Vbe) con la salida de transistores (Ic ):

La ecuación clásica formulada por el gran W. Shockley: Ic = Io * exp [(Vbe / Vt) -1] . Ahora, solicitando la ganancia de señal pequeña, necesitamos la PENDIENTE de esta función que se llama transconductancia gm = d (Ic) / d (Vbe) .

Este parámetro gm es el parámetro de determinación de ganancia porque indica cuánto cambiará su valor la corriente del colector como resultado de un cambio de voltaje de entrada d (Vbe) = d (Vin). Si usamos la ley de Ohmios (y una resistencia de colector Rc) para transferir el cambio de corriente de salida d (Ic) a un cambio de voltaje de salida d (Vout) = - d (Ic) * Rc tenemos una etapa de amplificación con la ganancia A = d (Vout) / d (Vin) = - [d (Ic) * Rc] / d (Vin) = - gmRc .

Esta fórmula simple da la ganancia para una etapa no estabilizada. Debido a varias razones (estabilidad frente a las variaciones de temperatura, tolerancias de las piezas, ..) normalmente utilizamos la degeneración del emisor (retroalimentación negativa) en forma de una resistencia RE del emisor. En este caso, la ganancia es A = -gm * Rc / (1 + gmRE).

(El signo menos resulta del hecho de que el voltaje del colector referenciado a tierra es Vc = Vout = Vcc-Ic * Rc yd (Vc) = d (Vout) = - d (Ic) * Rc porque d (Vcc) = 0. Por lo tanto, tenemos amplificación con inversión de fase.)