Pourquoi Vbe est-il constant à 0,7 pour un transistor dans la région active?

Je vais prendre un exemple d'un simple amplificateur à émetteur commun . Oubliez les biais et les choses pour l'instant, mais concentrez-vous sur le nœud de ce circuit. D'après ce que je comprends, une tension entre le nœud de base et le nœud émetteur est variée, ce qui est finalement amplifié par le transistor, provoquant une inversion (version amplifiée) du signal d'origine au niveau du nœud collecteur.

En ce moment, je travaille sur un livre; Sedra / Smith, microélectronique.

Tout au long du chapitre , je travaille à travers, il est dit que dans la région active, Vbe est supposé être 0.7V . Cela n'a tout simplement pas de sens pour moi, comment Vbe peut-il rester constant alors que lui-même est la variable d'entrée pour un étage amplificateur? Cela aurait peut-être commencé à avoir un sens pour moi si je regardais une étape CE avec une résistance d'émetteur (dégénérescence de l'émetteur), où la tension restante pourrait chuter à travers la résistance. Mais ce n'est pas le cas, alors éclairez-moi!

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Inverser l'équation de courant du collecteur:

rendements:

Par exemple, laissez

Avec ces valeurs, trouvez que

Maintenant, doublez le courant du collecteur et trouvez que

L'augmentation du courant du collecteur de 100% n'a fait qu'augmenter la tension base-émetteur 2,45%

Ainsi, s'il n'est pas vrai que la tension base-émetteur soit constante, ce n'est pas une mauvaise approximation de la considérer constante sur une gamme relativement large de courant de collecteur.

Vbe dans un transistor au silicium, agit comme le ferait une diode au silicium. La chute de tension directe, après le passage d'une certaine quantité de courant, augmente fortement. L'augmentation du courant fait une différence Vf négligeable à ce point.

Notez que le Vf est différent pour les diodes au germanium et les transistors, naturellement.

Le modèle d'Ebers-Moll pour le courant d'émetteur dans un transistor bipolaire est:

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

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

Parcelle Ebers-Moll

$V_{be}$

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

$V_{be}$

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

Le niveau de Fermi est l'énergie moyenne des électrons mobiles (ou trous) dans le matériau semi-conducteur. Les niveaux de Fermi sont exprimés en électron-volts (eV) et peuvent être considérés comme représentant la tension vue par les électrons.

Le silicium intrinsèque (et le germanium) a le niveau de Fermi à mi-chemin entre le bord supérieur de la bande de valence et le bord inférieur de la bande de conduction.

Lorsque vous enduisez le silicium de type P, vous ajoutez beaucoup de trous. Maintenant, vous avez beaucoup plus d'états de porteurs disponibles vers le bas près du haut de la bande de valence, et cela pousse le niveau de Fermi vers le bas près du bord de la bande de valence. De même, lorsque vous dopez de type N, vous ajoutez beaucoup d'électrons, ce qui crée beaucoup plus d'états de porteurs disponibles près de la bande de conduction, et pousse le niveau de Fermi près du bord de la bande de conduction.

Pour les niveaux de dopage généralement trouvés dans une jonction base-émetteur, la différence de niveaux de Fermi entre les côtés P et N est d'environ 0,7 électron-volt (eV). Cela signifie qu'un électron voyageant de N à P décharge 0,7 eV d'énergie (sous la forme d'un photon: c'est là que les diodes électroluminescentes obtiennent leur lumière: les matériaux et le dopage sont choisis de telle sorte que la différence des niveaux de Fermi à travers la jonction donne naissance à des photons à la longueur d'onde souhaitée, déterminée par l'équation de Planck). De même, un électron passant de P à N doit capter 0,7 eV quelque part.

En bref, Vbe est essentiellement juste la différence des niveaux de Fermi des deux côtés de la jonction.

Il s'agit du matériau Semiconductors 101, en ce sens que vous devez le comprendre avant d'aller plus loin. Le fait qu'il soit 101 ne signifie PAS qu'il est simple ou facile: il faut deux semestres de calcul, deux semestres de chimie, deux semestres de physique et un semestre d'équations différentielles pour établir les bases préalables de la théorie des semi-conducteurs. classe qui explique tout ce qui précède en détail sanglant.

$V_{BE} = 0.7V$

$V_{BE}$

Bonne question. Le Vbe souvent cité de 0,7 V n'est qu'une approximation. Si vous mesurez le Vbe d'un transistor qui amplifie activement, il affichera un Vbe de 0,7 V ou environ sur un multimètre, mais si vous pouviez zoomer sur ce 0,7, comme vous le pouvez avec un oscilloscope, vous verriez de minuscules variations autour de lui , donc à tout instant, il peut être de 0,6989V ou 0,70021V car le signal d'entrée qui se trouve sur cette polarisation - celle que vous souhaitez amplifier - fluctue autour de ce point de polarisation.

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

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

Votre question est excellente.

Les transistors, en théorie uniquement, sont entièrement fermés pour tout Ube <0,7 V et sont entièrement ouverts pour tout Ube> = 0,7 V. Dans certains transistors de faible puissance, cet Ube idéalisé peut être de 0,6 V ou 0,65 V.

En pratique, Ube peut aller de 0V à 3V encore plus pour les transistors haute puissance. En pratique, les transistors s'ouvrent légèrement pour tout Ube> 0 et continuent d'augmenter leur ouverture avec l'augmentation de l'Ube.

Cependant, comme mentionné, la dépendance de Ice ou, mieux dit, de Rce d'Ube est fortement non linéaire après un point donné et, donc, l'augmentation de Ice ne conduit pas à une énorme augmentation d'Ube, pourtant, il y en a une.

En dessous de 0,7 V, l'augmentation de la glace peut être quelque peu linéaire et cela dépend du transistor.

L'Ube maximal à la glace maximale est facilement de 2,5 V à 3 V pour les transistors de puissance énormes et les glaces supérieures à 25 A.

Une chose est sûre: dans les applications analogiques, la dépendance d'Ice à Ube doit être définitivement prise en compte, principalement pour les transistors haute puissance ou courant fort.

Jetez un oeil à 2N5302 qui a Ube = 3V à Ice = 30A et Uce = 4V.

À la fin de cette publication, vous saurez comment calculer le gain de tension d'un bipolaire.

Examinons un tableau de Vbe en fonction du courant de collecteur, pour un bipolaire imaginaire:

VBE Ic

0,4 1uA

0.458 10uA Remarque 58mV de plus Vbe donne exactement 10X plus de courant.

0,516 100uA

0,574 1mA

0,632 10mA

0,690 100mA [le transistor est CHAUD, donc le courant peut s'emballer et faire fondre le transistor (un risque connu avec les bipolaires polarisés avec une tension de base constante)]

Le transistor 0.748 1AMP est CHAUD

Le transistor de 0,806 10 ampères est CHAUD

Peut-on réellement faire fonctionner un transistor bipolaire sur un courant de collecteur de 1 uA à 10 A? Oui, si c'est un transistor de puissance. Et à des courants plus élevés, ce tableau fin - montrant 58 milliVolts de Vbe en plus produit 10 fois plus de courant --- perd de la précision car le silicium en vrac a une résistance linéaire et des traceurs de courbe le montreront.

Que diriez-vous de changements inférieurs à 58 mV? Vbe Ic 0,2 volts 1 nanoAmp (environ 3 facteurs de 58mV en dessous de 1uA à 0,4v) 0,226 2,718 nanoAmp (les 0,026v de la physique donnent E ^ 1 plus I) 0,218 2.000 nanoAmp 0,236 4.000 nanoAmp 0,254 8.000 nanoAmp (vous trouverez N * 18mV dans les références de tension)

OK, assez de tables. Permet de voir le transistor bipolaire similaire aux tubes à vide ou MOSFETS ............... comme des transconducteurs, où les changements de tension d'entrée provoquent des changements de courant de sortie.

Les bipolaires sont amusants à utiliser, car nous connaissons EXACTEMENT la transconductance pour tout bipolaire, si nous connaissons le courant du collecteur CC (c'est-à-dire sans signal CA d'entrée).

Pour abréger, nous l'appelons «gM» ou «gm», car les livres de données sur les tubes à vide ont utilisé la variable «transconductance mutuelle» pour expliquer comment le courant de plaque contrôlé par la tension du réseau. Nous pouvons honorer Lee deForest en utilisant gm pour cela.

Le gm d'un bipolaire, à 25 degrés centigrades, et sachant que kt / q est de 0,026 volt, est -------> Ic / 0,026 et si le courant du collecteur est de 0,026 ampères (26 milliampères), le gm est de 1 ampère par volt.

Ainsi, 1 millivolt PP sur la base provoque un courant alternatif de collecteur 1milliAmp PP. Ignorant une certaine distorsion, que vous pouvez prévoir en utilisant la série Taylor. Ou les écrits de Barry Gilbert sur IP2 et IP3 pour bipolaires.

Supposons que nous ayons une résistance de 1Kohm du collecteur à +30 volts, transportant 26mA. Le Vce est de 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 volts, donc le bipolaire est dans la région "linéaire". Quel est notre gain?

Le gain est gm * Rcollector ou 1 amp / volt * 1000 ohms ou Av = 1000x.

Votre question est:

comment Vbe peut-il rester constant alors que c'est lui-même la variable d'entrée d'un étage amplificateur?

La réponse est simple: eh bien, ce n'est pas:

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

Mais maintenant, je vais essayer de répondre à ce que je pense être votre doute réel. Je pense que vous mélangez le concept de l'analyse DC et l'analyse du petit signal du circuit.

Ce que vous appelez "variable d'entrée" a en fait un composant AC au-dessus d'un composant DC:

$V_{BE}$

Je pense que maintenant vous pouvez voir d'où vient votre confusion. Ne vous inquiétez pas, c'est une confusion assez courante. J'ai toujours pensé que la plupart des enseignants et des livres ne faisaient pas du bon travail pour expliquer comment penser en termes d'analyse DC par rapport à l'analyse de petits signaux et quelles hypothèses devaient être appliquées dans chacun.

En résumé:

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

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

Remarque: vous pouvez trouver la source du diagramme ci-dessus ici .