¿Por qué el transistor no cambia?

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Estaba leyendo un ejemplo de un libro de texto. Y para este circuito anterior, el autor afirma que cuando R3 es inferior a 100 ohmios, Q3 no cambiará. No pude entender la "razón" por qué. Pero verifiqué con LTSpice que el autor tiene razón. Simplemente no explica la razón.

Si digamos que R3 está cerca de cero cuando Q2 está encendido, ¿por qué Q3 no se encendería también?

transistors switches bjt

— usuario16307
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Parece que estás trabajando duro, estudiando y analizando este ejemplo. No hay nada malo en eso. Simplemente me llamó la atención después de verlo dos veces. ¡Buena suerte!

— Daniel Tork

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Para que Q3 se encienda, la caída de voltaje entre su base y el emisor debe ser de aproximadamente 0.6 V, lo que significa que el mismo voltaje debe caer sobre R3, lo que significa que la corriente que fluye a través de R3 debe ser al menos I3 = 0.6V / R3 .

Cuando hay menos corriente que fluye a través de R3, la caída de voltaje sobre R3 es menor que la caída de voltaje mínima de Q3, y Q3 permanecerá apagada.

Para R3 = 100 Ω, la corriente requerida I3 sería de 6 mA. Sin embargo, en este circuito, la corriente a través de R3 y Q3 también está limitada por R2: una corriente de 6 mA daría como resultado una caída de voltaje de 19.8 V sobre R2, lo que no es posible con un suministro de 15 V.
La mayor caída de voltaje posible sobre R2 ocurre cuando Q2 está saturado y es de aproximadamente 14 V, lo que resulta en una corriente máxima posible de aproximadamente 14V / 3.3kΩ = 4.2 mA.

— CL.
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"lo que significa que debe caerse el mismo voltaje sobre R3", ¿por qué tiene que caer el mismo voltaje? ¿es porque kirchoff eq?

— user16307

por cierto, pero cuando R3 es demasiado pequeño, la corriente puede aumentar y crear 0.7 voltios para equilibrar el voltaje base del emisor. estoy confundido ..

— user16307

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@jjuserjr Creo que una forma más fácil de verificar aproximadamente si Q3 debería estar encendido o no sería ver que con R3 ~ 0, Q3 tendría niveles de voltaje similares en su emisor y base, pero como es pnp, el emisor debería estar en un potencial más bajo que la base para que comience a conducir. Si tienen un potencial similar, Q3 estaría apagado.

— user13267

Los extremos de R3 y la base / emisor de Q3 están conectados directamente, por lo que estos puntos siempre tienen el mismo voltaje. La corriente a través de R3 no puede ser mayor porque R2 no lo permite.

— CL.

@ user13267 Cuando escribió "dado que es pnp, el emisor debe tener un potencial más bajo que la base para que comience a conducir", creo que quería decir que el emisor debería tener un potencial más alto que la base.

— Deepak

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Los transistores PNP se activan cuando es lo suficientemente grande. Cuando hace demasiado pequeño, no hay suficiente voltaje a través de la unión EB del transistor para que se encienda. $V_{EB}$ $R_3$

Intuitivamente, es el mismo que el voltaje en . Como y son aproximadamente un divisor de voltaje (hay muy poca corriente de base en ), el voltaje es si . Claramente, cuando la fracción es demasiado pequeña, el transistor no puede encenderse. $V_{EB}$ $R_3$ $R_2$ $R_3$ $Q_3$

V_{E B} \approx \frac{R_{3}}{R_{2} + R_{3}} \cdot 15 V \approx \frac{R_{3}}{R_{2}} \cdot 15 V

$V_{EB} \approx \frac{R_3}{R_2 + R_3} \cdot \text{15 V} \approx \frac{R_3}{R_2} \cdot \text{15 V}$

R_{3} << R_{2}

$R_3 << R_2$

R_{3} / R_{2}

$R_3 / R_2$

— Greg d'Eon
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pero cuando R3 es demasiado pequeño, la corriente puede ser mayor y crear 0.7 voltios para equilibrar el voltaje base del emisor. estoy confundido.

— user16307

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Debería leer en.wikipedia.org/wiki/Voltage_divider para comprender por qué el aumento de corriente no causará un aumento de voltaje.

— Greg d'Eon

no, quería decir que básicamente el transistor pnp debería regular la caída de voltaje a través de él ¿verdad? Entonces, cualquiera que sea la resistencia, debe regularlo. ¿Por qué no puede regular? y si regula la corriente de R3, lo que sea pequeño debería aumentar. eso es lo que pensé.

— user16307

Estamos hablando de la corriente a través de la resistencia (es decir, R3) no a través del transistor , el último de los cuales (corriente) solo es responsable de encender el transistor. Si R3 es demasiado bajo, entonces no hay suficiente voltaje en la base para encender el transistor. La corriente a través del transistor viene dada por R2, no por R3.

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Y con respecto a la respuesta de Greg: aproximar R3 / (R2 + R3) como R3 / R2 no es muy útil aquí, especialmente cuando se diseña este divisor para que Q3 realmente se sature.

— Fizz

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Dado que está confundido acerca del comportamiento de activación de Q3 en relación con R3, considere el circuito equivalente que consiste solo en el divisor de resistencia esencial (R3 y R2) y la unión de emisor base de Q3:

Estoy variando aquí R3 con el tiempo de 0 a 1K. El diodo BE gira a aproximadamente 0,65 V, lo que corresponde a 150 ohmios para R3. Esto se verifica fácilmente como 15V * 150 / (3300 + 150) = 0.65V.

Dado que la corriente a través de un diodo que está encendido tiene una variación exponencial con el voltaje que lo atraviesa (ecuación de Shockley), y dado que la corriente aquí está limitada por R2, el voltaje BE será aproximadamente constante una vez que el diodo esté encendido. Una vez que la unión está activada, Vbe en realidad varía logarítmicamente con una corriente de diodo que tiene un límite superior (impuesto por R2) ... es decir, no mucho. Tenga en cuenta que la curva V (BE) (trazo rojo) tiene un giro más agudo que la corriente I (BE) (magenta) ... debido a la relación logarítmica que tiene con la corriente del diodo.

Antes de que el diodo se encienda, el voltaje BE es una función lineal de R3 ya que es solo un divisor resistente con R2. Además, I (R2) no varía mucho incluso antes de que se encienda el diodo porque el punto de encendido es solo de aproximadamente R3 = 4.5% del valor de R2. Pero en un diagrama separado de I (R2) [en el panel inferior] puede ver que es "aún más constante" más allá del punto de encendido del diodo. Entonces, esto verifica la suposición habitual de que Vbe es constante (y, en consecuencia, también lo es I (R2) aquí) una vez que la unión BE está realmente activada. Antes de eso, no hay restricciones sobre qué Vbe puede ser como puedes ver; solo depende del valor de R3 cuando el diodo está apagado.

— Efervescencia
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Considere el voltaje a través de un diodo y la corriente que fluye. A continuación se muestran las curvas para un diodo de germanio antiguo (1N34A) y un diodo de silicio (1N914):

Concéntrese en el diodo de silicio (1N914). Con 0,6 voltios, la corriente es de aproximadamente 0,6 mA. Ahora baje ese voltaje a 0.4 voltios. La corriente cae a 10 uA y, con 0.2 voltios a través de ella, la corriente es de aproximadamente 100 nA.

Ahora, la unión base-emisor en un BJT es un diodo polarizado hacia adelante. La polarización directa proviene del voltaje que colocas a través de ella y esto generalmente es a través de una resistencia de polarización. En su circuito, R2 y el voltaje de la fuente de alimentación definen la corriente que puede fluir conjuntamente hacia la base y hacia R3.

Cuando R2 suministra una cantidad decente de corriente, la mayor parte fluye a través de la unión del emisor base porque usted está en esa parte de la curva de diodos y esa parte de la curva de diodos tiene una resistencia dinámica que es mucho más pequeña que R3. A medida que disminuye el voltaje del emisor base, su resistencia dinámica aumenta y R3 comienza a convertirse en el "camino" al que fluye la mayor parte de la corriente del R2.

La resistencia dinámica es el pequeño cambio en el voltaje aplicado dividido por el cambio en la corriente. Puede mirar el gráfico de diodos de arriba y elegir algunos puntos: -

A 0,60 voltios, la corriente es posiblemente 600 uA
A 0,62 voltios, la corriente es de aproximadamente 1000 uA

La resistencia dinámica sería de 20mV / 200uA = 100 ohmios

A 0,40 voltios, la corriente es de aproximadamente 10 uA
A 0,42 voltios, la corriente es de aproximadamente 11 uA

La resistencia dinámica sería 20mV / 1uA = 20 kohms.

Entonces, cuando R3 baja, se vuelve más dominante que la unión del emisor base y rápidamente la corriente de la unión cae. Dado que podemos aproximar la acción del transistor a un dispositivo con ganancia de corriente, bajar R3 más allá de cierto punto significa una corriente de colector que cae rápidamente y, en efecto, el transistor se considera apagado.

— Andy alias
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Un transistor necesita aproximadamente 0.7v VBE para comenzar a conducir. Como tiene el beneficio de un simulador allí, experimente con diferentes valores de R2 / R3 y observe el voltaje desarrollado en R3 y si el transistor se enciende.

En cuanto a por qué es 0.7v, ¡necesitas física de semiconductores!

— Neil_UK
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Pensé que podía entender el comportamiento fuera del comportamiento utilizando la lógica aristotaliana. "si esto excede esto se activa" .. así sucesivamente

— user16307

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Bueno, creo que se han dado todas las respuestas complicadas, pero para mis dos centavos: cualquier cosa por debajo de 150 ohmios "acorta" la base a la unión del emisor

— bomber8013
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