¿Por qué Vbe es un 0.7 constante para un transistor en la región activa?

Voy a tomar un ejemplo de un simple amplificador emisor común . Olvídate de los sesgos y las cosas por ahora, pero concéntrate en el quid de este circuito. Como lo entiendo, se varía un voltaje entre el nodo base y el nodo emisor que en última instancia se amplifica por el transistor, lo que hace que aparezca una señal invertida (versión amplificada) de la señal original en el nodo colector.

En este momento, estoy trabajando en un libro; Sedra / Smith, Microelectrónica.

A lo largo del capítulo en el que estoy trabajando, dice que en la región activa, se supone que Vbe es 0.7V . Esto simplemente no tiene sentido para mí, ¿cómo puede ser constante Vbe cuando esa es la variable de entrada para una etapa de amplificador? Esto podría haber comenzado a tener sentido para mí si estuviera mirando una etapa CE con una resistencia de emisor (degeneración del emisor), donde el voltaje restante podría caer a través de la resistencia. Pero este no es el caso, ¡así que ilumíneme!

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Invertir la ecuación actual del colector:

rendimientos:

Por ejemplo, dejemos

Con estos valores, encuentre que

Ahora, duplica la corriente del colector y encuentra que

El aumento de la corriente del colector al 100% solo aumentó el voltaje del emisor base 2.45%

Entonces, si bien no es cierto que el voltaje del emisor base sea constante, no es una mala aproximación considerarlo constante en un rango relativamente amplio de corriente de colector.

Vbe en un transistor de silicio, actúa como lo haría un diodo de silicio. La caída de tensión directa, después de que se pasa una cierta cantidad de corriente, aumenta bruscamente. El aumento de la corriente hace una diferencia de Vf insignificante en ese punto.

Tenga en cuenta que el Vf es diferente para diodos de germanio y transistores, naturalmente.

El modelo de Ebers-Moll para la corriente del emisor en un transistor bipolar es:

$I_e \approx I_{es} e^{\frac{V_{be}}{V_t}}$

$I_e$$V_t\ \approx 26mV$$V_{be}$$I_{es} = 10^{-12}$

Trama de Ebers-Moll

$V_{be}$

$V_{be}$$V_{be}$

$V_{be}$

$V_{be}$$V_{be}$

El nivel de Fermi es la energía promedio de los electrones móviles (o agujeros) en el material semiconductor. Los niveles de Fermi se expresan en voltios de electrones (eV), y pueden verse como representativos del voltaje visto por los electrones.

El silicio intrínseco (y germanio) tiene el nivel de Fermi a medio camino entre el borde superior de la banda de valencia y el borde inferior de la banda de conducción.

Cuando dopa el silicio al tipo P, agrega muchos agujeros. Ahora tiene muchos más estados de portador disponibles cerca de la parte superior de la banda de valencia, y esto empuja el nivel de Fermi hacia abajo cerca del borde de la banda de valencia. De manera similar, cuando dopa el tipo N, agrega muchos electrones, lo que crea muchos más estados portadores disponibles cerca de la banda de conducción y empuja el nivel de Fermi hacia el borde de la banda de conducción.

Para los niveles de dopaje que se encuentran típicamente en una unión base-emisor, la diferencia en los niveles de Fermi entre los lados P y N es de aproximadamente 0.7 electronvoltios (eV). Esto significa que un electrón que viaja de N a P arroja 0,7 eV de energía (en forma de un fotón: aquí es donde los diodos emisores de luz obtienen su luz: los materiales y el dopaje se eligen de manera que la diferencia en los niveles de Fermi a través de la unión da lugar a fotones en la longitud de onda deseada, según lo determinado por la ecuación de Planck). Del mismo modo, un electrón que se mueve de P a N debe recoger 0.7 eV en alguna parte.

En resumen, Vbe es esencialmente la diferencia en los niveles de Fermi en los dos lados de la unión.

Este es material de Semiconductores 101, en el sentido de que debe comprender esto antes de continuar. El hecho de que sea 101 NO significa que sea simple o fácil: se necesitan dos semestres de cálculo, dos semestres de química, dos semestres de física y un semestre de ecuaciones diferenciales para establecer los requisitos previos para la teoría de semiconductores. clase que explica todo lo anterior con detalles sangrientos.

$V_{BE} = 0.7V$

$V_{BE}$

Buena pregunta. El Vbe frecuentemente citado de 0.7V es solo una aproximación. Si mide el Vbe de un transistor que se está amplificando activamente, mostrará un Vbe de 0.7V o más en un multímetro, pero si pudiera acercar ese 0.7, como puede hacerlo con un osciloscopio, verá pequeñas variaciones a su alrededor. , por lo tanto, en cualquier instante en el tiempo podría ser 0.6989V o 0.70021V ya que la señal de entrada que se encuentra en ese sesgo, el que desea amplificar, fluctúa sobre ese punto de sesgo.

$v_{BE}$$v_{BE}$$v_{ce}$

$v_{BE}$$V_{BE}$$v_{BE}=V_{BE} + v_{be}$$V_{BE}$$0.7V$$v_{be}$

Tu pregunta es excelente.

Los transistores, en teoría solamente, están completamente cerrados para cualquier Ube <0.7V y están completamente abiertos para cualquier Ube> = 0.7V. En algunos transistores de baja potencia, este Ube idealizado puede ser 0.6V o 0.65V.

En la práctica, Ube puede variar de 0V a 3V aún más para transistores de alta potencia. En la práctica, los transistores se abren ligeramente para cualquier Ube> 0 y continúan aumentando su apertura con el aumento de Ube.

Sin embargo, como se mencionó, la dependencia del hielo o, mejor dicho, Rce de Ube es muy no lineal después de un punto dado y, por lo tanto, el aumento de hielo no conduce a un gran aumento de Ube, sin embargo, existe tal.

Por debajo de 0.7V, el aumento de hielo puede ser algo lineal y esto depende del transistor.

El Ube máximo en el Ice máximo es fácilmente de 2.5V a 3V para transistores de gran potencia y Ice de más de 25A.

Una cosa es segura: en aplicaciones analógicas, la dependencia del hielo de Ube definitivamente debe considerarse, principalmente para transistores de alta potencia o alta corriente.

Eche un vistazo a 2N5302 que tiene Ube = 3V en Ice = 30A y Uce = 4V.

Al final de esta publicación, sabrá cómo calcular la ganancia de voltaje de un bipolar.

Examinemos una tabla de Vbe versus Corriente de colector, para un bipolar imaginario:

VBE Ic

0.4 1uA

0.458 10uA Aviso 58mV más Vbe da exactamente 10X más corriente.

0.516 100uA

0.574 1mA

0.632 10mA

0.690 100mA [el transistor está CALIENTE, por lo que la corriente puede fugarse y derretir el transistor (un riesgo conocido con bipolares polarizados con voltaje base constante)]

0.748 El transistor 1AMP está CALIENTE

El transistor 0.806 10Amps está CALIENTE

¿Podemos realmente operar un transistor bipolar con una corriente de colector de 1uA a 10Amps? Sí, si es un transistor de potencia. Y a corrientes más altas, esta fina tabla, que muestra 58 milivoltios más Vbe produce 10 veces más corriente, pierde precisión porque el silicio a granel tiene una resistencia lineal y los trazadores de curvas lo mostrarán.

¿Qué tal cambios menores a 58mV? Vbe Ic 0.2 voltios 1nanoAmp (aprox. 3 factores de 58mV por debajo de 1uA a 0.4v) 0.226 2.718 nanoAmp (el 0.026v de la física da E ^ 1 más I) 0.218 2.000 nanoAmp 0.236 4.000 nanoAmp 0.254 8,000 nanoAmp (encontrará N * 18mV en referencias de voltaje)

OK, suficientes mesas. Veamos el transistor bipolar similar a los tubos de vacío o MOSFETS ............... como transconductores, donde los cambios en el voltaje de entrada causan cambios en la corriente de salida.

Los bipolares son divertidos de usar, porque sabemos EXACTAMENTE la transconductancia de cualquier bipolar, si conocemos la corriente del colector de CC (es decir, sin señal de entrada de CA).

Para abreviar, calificamos esto como 'gM' o 'gm', porque los libros de datos de tubos de vacío utilizaron la variable "transconductancia mutua" para explicar cómo el voltaje de la Red controlaba la corriente de la Placa. Podemos honrar a Lee deForest usando gm para esto.

La gm de un bipolar, a 25 grados centígrados, y saber kt / q es 0.026 voltios, es -------> Ic / 0.026 y si la corriente del colector es 0.026 amps (26 miliamperios), la gm es 1 amp por voltio

Por lo tanto, 1 milivolt PP en la base provoca una corriente alterna de colector PP de 1 milliAmp. Ignorando cierta distorsión, que puedes predecir usando la serie Taylor. O los escritos de Barry Gilbert sobre IP2 e IP3 para bipolares.

Supongamos que tenemos una resistencia de 1Kohm desde el colector a +30 voltios, con 26 mA. El Vce es 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 voltios, entonces el bipolar está en la región "lineal". ¿Cuál es nuestra ganancia?

La ganancia es gm * Rcollector o 1 amp / volt * 1,000 ohms o Av = 1,000x.

Tu pregunta es:

¿Cómo puede ser constante Vbe cuando esa es la variable de entrada para una etapa de amplificador?

La respuesta fácil es que, bueno, no lo es:

1. $V_{BE}$
2. $V_{BE}$$I_b$

Pero ahora intentaré responder lo que creo que es tu duda real. Creo que estás mezclando el concepto del análisis de CC y el análisis de pequeña señal del circuito.

Lo que llama "variable de entrada" tiene, de hecho, un componente de CA encima de un componente de CC:

$V_{BE}$

Creo que ahora puedes ver de dónde viene tu confusión. No te preocupes, es una confusión bastante común. Siempre he pensado que la mayoría de los maestros y los libros no hacen un buen trabajo al explicar cómo pensar en términos de análisis DC frente a análisis de señal pequeña y qué supuestos deben aplicarse en cada uno.

Resumiendo todo:

1. $V_{BE}$$V_{BE}$$I_b$

2. $R_c$$V_{cc}$$v_{BE}$$V_{BE}$

Nota: puede encontrar la fuente del diagrama de arriba aquí .