Tại sao một BJT được coi là những người điều khiển hiện tại của Viking?


9

Với các BJT, chúng ta có thể điều khiển dòng cơ sở bằng cách sử dụng Vin (từ sơ đồ). Tại sao sách giáo khoa nói rằng các BJT được điều khiển bằng dòng điện khi rõ ràng việc thay đổi điện áp điều khiển dòng điện qua bộ thu?nhập mô tả hình ảnh ở đây


bạn có thể vui lòng đăng jpg dưới dạng png và sử dụng công cụ hình ảnh không? Hoặc vẽ mạch với công cụ chỉnh sửa mạch?
Điện áp tăng

7
Chỉ để làm phức tạp cuộc sống của bạn, một BJT không được kiểm soát hiện tại. Xem toàn bộ các phương trình mô hình Ebers-Moll đơn giản chỉ có DC tại đây (tiêm, vận chuyển và lai phi tuyến tính): Electronics.stackexchange.com/questions/252197/iêu
jonk


1
đau buồn tốt ... trong các mạch như những gì được mô tả trong bản vẽ, không ai nghĩ về các mô hình Ebers-Moll hoặc Hybrid-pi. Bạn có khá nhiều việc phải làm AVLSI để quan tâm đến những thứ đó.
Abbeyatcu

1
@Raj, xóa R1, và sau đó chúng ta sẽ thấy rằng phần bên trong của một BJT thực sự được kiểm soát bởi Vbe. Nhưng phương pháp thiết kế đó chủ yếu dành cho các thiết kế diff-amp rời rạc (như bên trong các bộ khuếch đại âm thanh kết hợp DC hiện đại.) Thay vào đó chúng ta có thể bỏ qua vật lý BJT bên trong, và giả vờ rằng Ib xác định trực tiếp Ic , mặc dù nó thực sự không . Điều này cũng tránh phải đối phó với bất kỳ chức năng xfer phi tuyến nào được tạo ra bởi các mối nối diode.
chiến thắng

Câu trả lời:


10

Trong mạch trên, Vin đang điều khiển dòng điện đi đến cơ sở, chứ không phải điện áp rơi trên đế và bộ phát của bóng bán dẫn.

Điện áp rơi trên Vbe sẽ luôn ở khoảng 0,7V cho Vin> 0,7; điện áp vượt quá sẽ được giảm trên R1.

Bằng cách thay đổi Vin, bạn thực sự đang kiểm soát dòng điện đi đến cơ sở dựa trên phương trình:

IB=(Vin0.7V)/R1

4
Nitpick: sự sụt giảm điện áp trên Vbe sẽ luôn xoay quanh bất cứ bảng dữ liệu nào nói, có thể thấp đến 0,3V đối với một số BJT.
Dmitry Grigoryev

4
Điều thực sự xảy ra là như sau: R1 nhận ra - cùng với đường dẫn cơ sở - bộ chia điện áp. Và điện áp tín hiệu Vin gây ra sụt áp tương ứng trên đường BE điều khiển dòng thu. Do đó, KHÔNG phải là Ib hiện tại cơ sở xác định Ic. Điều ngược lại là đúng: Ib và Ic đều do Vbe gây ra.
LvW

3
Câu đầu tiên sai và phương trình được đưa ra ở cuối là một xấp xỉ mà bỏ qua sự phụ thuộc logarit của trên . Vì vậy, trong khi sự thật là không thay đổi nhiều, không đúng là không thay đổi ở tất cả. I B V B E = V T ln β I BVBEIB VBEVBE
VBE=VTlnβIBIS
VBEVBE
Alfred Centauri

2
Tôi không chắc tại sao câu trả lời này được đánh giá cao nhất. Đó là một ước tính tốt nhưng không trả lời câu hỏi của OP về lý do tại sao (hoặc tại sao không) kiểm soát hiện tại của nó.
efox29

1
@lvw nó được gọi là một nguồn hiện tại, đó là những gì mmize mô tả. Hiện tại là cố định. Đây không phải là bộ chia điện áp vì vbe không thực sự thay đổi dựa trên thay đổi trong vin, đó là định nghĩa của bộ chia điện áp.
Kẻ chủ mưu tương tự

8

Lời nói đầu

Hãy bắt đầu với một chút lạc đề: điều gì làm cho một máy phát điện trở thành một máy phát điện hiện tại thay vì một máy phát điện áp? Nhìn vào các đặc điểm VI: cái có điện áp gần như không đổi (gần như nằm ngang trong mặt phẳng IV) sẽ được gọi là máy phát điện áp, cái có dòng điện không đổi (gần như nằm ngang trong mặt phẳng VI) sẽ được gọi là máy phát dòng điện.

mô hình máy phát điện áp

mô hình của một máy phát điện hiện tại

(Ảnh chụp từ trang web Hướng dẫn Điện tử)

Điều này là do 'dấu' nằm trên đại lượng không đổi (điện áp hoặc dòng điện được cung cấp - trong khi đại lượng khác có thể thay đổi tùy thuộc vào tải và sự tuân thủ của máy phát). (Lưu ý 1)

Trong một thiết bị được điều khiển, điểm nhấn nằm ở số lượng thay đổi. Với đặc tính đầu vào theo cấp số nhân, khiến Vbe gần như không đổi, hiện tại bạn muốn xem là biến điều khiển. Đây là hậu quả trực tiếp của việc lan truyền lỗi: khi bạn có hàm dốc, một lỗi nhỏ với đại lượng gần như không đổi x sẽ biến thành một lỗi lớn hơn nhiều trong đại lượng q (và ngược lại).

lan truyền lỗi với chức năng dốc

Ảnh lấy từ "Giới thiệu về phân tích lỗi", Taylor và bị bóp méo để phù hợp với mục đích

Điểm mấu chốt là việc phân biệt giữa 10 e 40 uA (tỷ lệ 1 đến 4) dễ dàng hơn so với việc tách 0,65 và 0,67 V (tỷ lệ 1 đến 1,03). (Lưu ý cho những bộ óc kém linh hoạt: như các giá trị cực đoan hơn mà tôi đã sử dụng trước khi chỉnh sửa này, chúng được tạo thành các giá trị nhằm thể hiện sự tương phản giữa một thay đổi rõ rệt trong những gì bạn muốn xem là biến kiểm soát - hiện tại đang bước vào cơ sở - và sự thay đổi yếu trong điện áp giữa cơ sở và bộ phát).

Điều đơn giản nhất

Bạn có thể thấy lý do tại sao được gọi là điều khiển hiện tại bằng cách đẩy nó đến giới hạn bằng cách áp dụng mô hình đơn giản nhất cho một BJT, như Chua, Desoer và Kuh thể hiện trong "Mạch tuyến tính và phi tuyến": trong các hình ảnh sau đây, tất cả các điốt đều lý tưởng ( ngưỡng điện áp bằng không, và điện trở nối tiếp cũng vậy, đây là các mạch mở hoàn toàn khi phân cực ngược và quần short hoàn hảo khi phân cực thuận).

mô hình tuyến tính piecewise đơn giản nhất cho BJT

E0 thêm một điện áp ngưỡng cho đặc tính đầu vào, trong khi hành động của bóng bán dẫn được biểu thị bằng ic = beta * ib. Lưu ý rằng máy phát điện hiện tại được kiểm soát. Dưới đây là các đặc điểm đầu vào và đầu ra tương ứng

đặc điểm tuyến tính piecewise đơn giản nhất cho BJT

Khá đơn giản phải không? Bạn có thể so sánh chúng với các đặc điểm thực tế và thấy rằng chúng giống với chúng, mặc dù. Đơn giản như vậy, đây là một mô hình hợp pháp và có thể được sử dụng để mô hình các mạch trong đó, bằng cách thay đổi ib (bạn không thể thay đổi Vbe trong mô hình này, vì nó đã được sửa), bạn thay đổi giá trị của Ic. Bạn có thể thấy cách bạn có thể thực hiện thay đổi ib bằng cách giao đặc tính đầu vào với dòng tải đầu vào

dòng tải trong mạch đầu vào

Bằng cách thay đổi E1 (không phải là một phần của BJT), bạn thay đổi ib (một phần của BJT). Sau đó, bạn có thể tìm giá trị của ic tương ứng với giá trị đó của ib, chọn đặc tính đầu ra tương ứng và tìm điện áp bằng cách giao với đường tải đầu ra.

dòng tải trong mạch đầu ra

Ai đó sẽ nhảy lên ghế của họ hét lên " CÁI GÌ? Bạn đang sử dụng bản beta để thiết kế bộ khuếch đại để đưa vào sản xuất trên toàn thế giới cho các ứng dụng hạt nhân quan trọng? Ngoài ra, bạn nghĩ beta đến từ đâu? Hơn nữa, bạn không biết rằng bản beta đó có thể thay đổi bao nhiêu phần trăm linh hồn ninetynine chỉ bằng cách nhìn vào nó? "

Vấn đề là đối với một bóng bán dẫn nhất định, bạn có giá trị beta được xác định hợp lý (bạn có thể đo nó trước, vì vậy không có vấn đề gì nếu lô sản xuất cho thấy sự phân tán đáng xấu hổ) và nếu bạn không đi lang thang quá xa, bạn có thể bỏ qua một cách hợp lý biến thể của nó với các thông số điện khác. Lưu ý rằng đây là mô hình đơn giản hóa không mô hình các biến thể của beta với nhiệt độ, dòng điện hoặc thậm chí màu tóc; đó là một mô hình đơn giản hóa để nắm bắt ý chính của hành động bóng bán dẫn, giống như "người đàn ông bóng bán dẫn" đôi khi bị chửi rủa từ The Art of Electronics.

Bạn có thể tìm thấy tần số cắt của bóng bán dẫn từ mô hình này? Không. Bạn có thể giải thích hiệu ứng sớm với mô hình này? Không. Bạn có thể tính đến điện trở vi sai của tiếp giáp BE với mô hình này không? Không. Bạn có thể tính đến việc sản xuất cặp phí do bức xạ? Không. Bạn có thể tính đến lượng tử hóa trường thứ hai và sự bẻ cong của không thời gian không? Không.

Điều này có nghĩa là mô hình này là hoàn toàn vô dụng? Không. Hành vi cực kỳ đơn giản của mô hình này cho thấy lý do tại sao nhiều sách giáo khoa nói rằng các BJT được kiểm soát hiện tại. Đặc tính đầu vào thực tế giống với đường thẳng đứng mà bạn chỉ có thể thay đổi ib chứ không phải vbe, có giá trị được coi là cố định. (Và đây là lý do tại sao tôi thực hiện hồi quy đó khi bắt đầu câu trả lời này).

Bạn có thể muốn so sánh mô hình đơn giản nhất cho Mosfet: trang 151 của Chua cũng có mô hình đó.

đặc điểm MOSFE đơn giản nhất

Như bạn có thể thấy, dòng cổng được cố định (ở mức 0 là pedantic), một điều kiện kép với điều kiện được hiển thị trong BJT: đặc tính đầu vào VI là nằm ngang. Kiểm soát duy nhất bạn có ở đây là bằng phương tiện của vss. Điều này có nghĩa là chúng ta đang phủ nhận sự tồn tại của hiệu ứng đường hầm? Không, đây chỉ là một mô hình. Một mô hình đơn giản hóa, trong số những thứ khác, không xem xét đường hầm nhưng vẫn quản lý để cho thấy lý do tại sao trong MOSFET bạn hành động trên điện áp nguồn cổng.

Cho đến nay chúng ta đã thấy mối quan hệ (đơn giản hóa) giữa ib và ic có thể được xem như là sự kiểm soát ic bằng phương tiện ib, thông qua beta. Nhưng chúng ta cũng có thể sử dụng alpha, tại sao không? Tôi xin trích dẫn, nguyên văn, một cuốn sách giáo khoa khác xem xét các thiết bị được điều khiển hiện tại của BJT: "Vật lý lượng tử của nguyên tử, phân tử, chất rắn, hạt nhân và hạt 2e", của Eisberg và Resnick, p. 474 (trên trang 475 được hiển thị một cấu hình cơ sở chung):

Ý tưởng cơ bản của hành động bóng bán dẫn là một dòng điện trong mạch phát phát điều khiển một dòng điện trong mạch collector. Hơn 90% dòng điện qua bộ phát, do đó dòng điện có cường độ tương tự nhau. Nhưng điện áp trên bộ thu cơ sở có thể lớn hơn rất nhiều so với kết nối cơ sở bộ phát, vì trước đây bị phân cực ngược, do đó, công suất đầu ra trong mạch bộ thu có thể lớn hơn rất nhiều so với đầu vào công suất trong mạch bộ phát . Do đó các bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại công suất.

Có phải hai quý ông này không biết gì về vai trò của cơ học lượng tử trong lý thuyết về chất rắn? Họ đã không nghe nói về thống kê lượng tử? Họ thậm chí có biết lỗ là gì (không đề cập đến tempco)? Họ có thể quên rằng việc áp dụng điện áp có thể thay đổi các cấu hình mức năng lượng được quy cho các dải hóa trị và các dải dẫn? Tôi không nghĩ vậy. Họ chỉ đơn giản chọn một mô hình đơn giản hơn để giải thích cách người ta có thể diễn giải cái gọi là hành động bóng bán dẫn.

Nghệ sĩ Bruno Munari từng nói: " Để phức tạp là đơn giản, để đơn giản hóa là phức tạp. ... Mọi người đều có thể phức tạp. Chỉ một số ít có thể đơn giản hóa ". Trong số những người khác, Chua, Desoer, Kuh, Eisberg và Resnick đã chọn cách đơn giản hóa.

Ai chơi trong căn cứ, đầu tiên?

Bây giờ, trở lại (gần như) bóng bán dẫn thực sự. Đây là ký tự vbe đầu tiên mà tôi nghĩ ra sau khi tìm kiếm hình ảnh trên Google :

đặc điểm vbe-ib

Nếu không có thật, nhưng nó có vẻ hợp lý. Điều cần chú ý ở đây là khi ib thay đổi rất nhiều, bởi 100 phần trăm, vbe thay đổi với số lượng tương đối nhỏ, chỉ một số phần trăm. Điều này là do mối quan hệ theo cấp số nhân của đường giao nhau BE. Giả sử bạn muốn sử dụng BJT này để sản xuất 10 mA vào những ngày lẻ và 15 mA vào những ngày chẵn. Bạn có một phòng thí nghiệm của Đức đo lường beta của bóng bán dẫn cụ thể trong tay của bạn và nó được đưa ra là 250 trên phạm vi quan tâm. Giả sử bạn có một máy phát điện và điện áp với độ chính xác 10%.

Kiểm soát hiện tại : Bạn có thể sử dụng ic = beta ib để tìm giá trị của ib mà bạn phải đặt. Các giá trị danh nghĩa của 10 và 15 mA của ic yêu cầu các giá trị danh nghĩa là 40 e 60 uA cho ib. Với độ chính xác của trình tạo hiện tại của bạn, bạn sẽ thấy các phạm vi hiện tại sau trong đầu vào và đầu ra:

ib = 36-44 uA -> ic = 9-11 mA ib = 54-66 uA -> ic = 13,5-16,5 mA

Kiểm soát điện áp : Bạn không tin vào beta, vì vậy bạn phải chỉ định điện áp tạo ra một vbe của ... Có, về cái gì? Hãy đọc nó trên biểu đồ trên (nhưng sau đó bạn sẽ phải chấp nhận mối quan hệ ic = beta ib khủng khiếp). Tôi đoán bạn sẽ phải sử dụng mô hình Ebers-Moll để tính toán các giá trị thành các giá trị mong muốn cho ic. Nhưng hãy nói rằng chúng tôi đã xác định chính xác 0,65 và 0,67V (giống như tôi đã sử dụng một giá trị chính xác cho beta, ở trên) Khi chúng tôi cố gắng đặt các giá trị chính xác đó, máy phát chính xác 10% do Trung Quốc sản xuất sẽ cung cấp các dải điện áp sau

0,585 - 0,715 V -> trở lại Ebers-Moll, để tính ic, ... quá tệ, sự không chắc chắn sẽ được tính theo cấp số nhân ...

0,603 - 0,737 V -> không, chờ đợi, trước khi tính toán ...

... có vẻ như chúng ta đã có sự chồng chất trong các dải điện áp mà chúng ta đang cung cấp: chúng ta có thể không thể phân biệt được các ngày chẵn với các số lẻ.

Tôi đoán sẽ tốt hơn khi sử dụng căn cứ hiện tại như một phương tiện để kiểm soát dòng thu.

Với kiểm soát hiện tại, ngay cả khi tôi cho phép sai số 10% trên giá trị beta được đo, tôi vẫn có thể (hầu như không, nhưng vẫn) tạo ra hai phạm vi hiện tại (8.10-12.10 mA so với 12.15-18.15 mA) tương ứng với lẻ và thậm chí ngày

Với điều khiển điện áp, nếu bạn thêm một lỗi 10% vào giá trị điện áp được tính toán (hoặc đọc từ sơ đồ) của điện áp (và tôi rất hào phóng vì lỗi đó sẽ được khuếch đại), bạn đã không chắc chắn. Đây là lý thuyết lan truyền lỗi cơ bản.

Tạm dừng

Bài đăng này đang mất thời gian, tôi sẽ quay lại một bài khác để thêm một cái gì đó nữa. Hãy để tôi chỉ giải quyết câu hỏi về cuộc chiến tôn giáo mà bạn có thể đã chứng kiến. Đó là những gì tất cả về?

Transitor là các thiết bị trạng thái rắn có hoạt động bên trong cần được giải thích bằng các định luật vật lý lượng tử. Với cấu trúc dải của các mức năng lượng của các chất mang điện trong chất rắn, việc sử dụng các mức năng lượng để mô tả hoạt động bên trong của các thiết bị này là điều tự nhiên. Năng lượng và tiềm năng có liên quan chặt chẽ với nhau, vì vậy hầu hết các mô hình có xu hướng thể hiện các đại lượng liên quan theo chức năng của tiềm năng (sự khác biệt). Lý do tôi viết

Lưu ý: Sự phụ thuộc vào Vbe được hiển thị trong mô hình Ebers-Moll không có nghĩa là mối quan hệ nguyên nhân. Nó chỉ đơn giản hơn để viết các phương trình theo cách đó. Không ai cấm bạn sử dụng các hàm nghịch đảo.

là điện áp và dòng điện cũng có liên quan chặt chẽ với nhau: chúng là các đại lượng kết hợp của loại dòng chảy nỗ lực, do đó về cơ bản bạn không thể có cái này mà không có cái kia. Đây là một vấn đề tế nhị, và tôi đoán người ta cũng nên xem xét ý nghĩa của nó để tạo ra sự khác biệt điện áp. Có phải nó không được tạo ra bằng cách thay thế các điện tích (bằng phản ứng điện hóa trong pin, bởi tương tác điện từ trong một máy phát cơ học). Tôi nghi ngờ rằng cuối cùng tất cả các thiết bị đều được kiểm soát về cơ bản: bạn di chuyển các khoản phí từ đây đến đó và có được hiệu quả nhất định.

Tôi nghi ngờ những người thập tự chinh 'điều khiển điện áp' đang cho rằng đối tác của 'điều khiển hiện tại' đã học các thiết bị điện tử trên sách của Forrest Mims và chưa bao giờ thấy một cuốn sách vật lý lượng tử, trạng thái rắn hoặc thiết bị bán dẫn. Chúng dường như bỏ qua ý nghĩa của biến điều khiển khi biến được chọn để đặt để điều khiển một điều khiển. Tôi hy vọng trích dẫn từ Eisberg & Resnick (hai nhà vật lý 'rắn' nếu bạn cho phép tôi chơi chữ) sẽ cho họ thấy đây không phải là trường hợp.


Lưu ý (1) Các đường cong máy phát lý tưởng chỉ là: lý tưởng. Hãy thử hình dung một quá trình chuyển đổi từ một máy phát điện áp lý tưởng sang một máy phát dòng điện lý tưởng đi qua các máy phát điện áp tốt, trung bình và tệ hại, sau đó là các máy phát dòng điện tệ, trung bình và tốt.


Trong Lưu ý của bạn, câu đầu tiên chỉ đơn giản là sai! Mô hình Ebers-Moll không "ám chỉ" một cái gì đó - thay vào đó, thực tế nó là một mối quan hệ nguyên nhân. Vui lòng tham khảo tài liệu bằng sáng chế của W. Shockley. Bạn đã đúng, bạn luôn có thể tạo các hàm nghịch đảo (trên giấy) - vậy thì sao? Bạn có nghĩ rằng bạn có thể trao đổi nhân quả trên giấy? Nhân tiện: Bạn đã bao giờ thiết kế các giai đoạn bóng bán dẫn (bởi vì bạn đang đề cập đến một số điện áp Vbe hài hước). Bạn có quen thuộc với thoái hóa phát (phản hồi VOLTAGE được kiểm soát hiện tại) không?
LvW

3
Tôi đã tạo ra các giá trị đó để minh họa cho sự khác biệt giữa việc cố gắng thiết lập các giá trị gần đúng của veeeeeery veeeeeeery của Vbe và các giá trị rõ ràng của Ib (Tôi cũng đã thêm vào nhận xét chỉnh sửa rằng tôi muốn làm cho các giá trị đó cực đoan hơn). Tôi không muốn lãng phí thời gian để tìm các giá trị hợp lý, nhưng sau này đối với những người không đủ linh hoạt, tôi sẽ thêm một hoặc hai hình ảnh. Như tôi đã viết ở trên: cố gắng kiểm soát BJT bằng cách loại bỏ Rb và bằng cách cung cấp điện áp thuần cho Vbe. Chúc may mắn. (Ồ, nhân tiện: mô hình đơn giản hóa cũng không thể được sử dụng để giải thích điện áp Sớm.).
Sredni Vashtar

Có vẻ như bạn đã bỏ qua việc tôi đề cập đến sự thoái hóa phát ra. Hơn thế nữa, tôi đã nói về việc cung cấp một "điện áp thuần" cho cơ sở chưa? Bạn nên cố gắng công bằng. Như bạn đã đề cập đến hiệu ứng sớm. Bạn có biết rằng lời giải thích về hiệu ứng này giúp kiểm soát điện áp? Bạn đã bao giờ nghe nói về tempco -2mV / K chưa? Bạn đã bao giờ nghĩ về ý nghĩa của giá trị này?
LvW

1
Tôi thích nhận xét này: Sự phụ thuộc vào Vbe được hiển thị trong mô hình Ebers-Moll không có nghĩa là mối quan hệ nguyên nhân. Nó chỉ đơn giản hơn để viết các phương trình theo cách đó. Không ai cấm bạn sử dụng các chức năng nghịch đảo
jbord39

2
@LvW những gì bạn đã làm về mặt kỹ thuật được gọi là "mutatio cont Tranhiae". Đó là một kỹ thuật nổi tiếng. Tôi đề nghị bạn đọc lại bài viết của tôi với sự chú ý nhiều hơn, đặc biệt là trích dẫn từ Munari. BTW, liên quan đến mạch trong câu hỏi (không phải câu hỏi khác, câu hỏi trong câu hỏi), bạn vẫn chưa cho biết giá trị nào của vbe mà bạn sẽ đặt để tạo ra 10 e 15 mA trong dòng collector (và bạn dự định đặt chúng như thế nào ). Tại sao vậy?
Sredni Vashtar

5

IC=βIB

Sẽ hữu ích hơn khi nghĩ về nó như một nguồn dòng được điều khiển bằng điện áp khi bạn thực hiện phân tích tín hiệu nhỏ, chẳng hạn như cho bộ khuếch đại - sử dụng chế độ pi lai l.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Không đặc biệt hữu ích khi bạn đánh giá các ứng dụng chuyển mạch vì dòng cơ sở sẽ đủ cao để dòng thu được xác định bởi mạch ngoài chứ không phải bởi các đặc tính của bóng bán dẫn (điều đầu tiên giúp phần nào đảm bảo điều kiện đó tồn tại).


Spehro Pefhany, liên quan đến câu đầu tiên của bạn: Tôi nghĩ, để xác định điểm thiên vị, chúng ta không được "nói chung" tưởng tượng rằng BJT sẽ được kiểm soát hiện tại. Phương pháp xu hướng cổ điển sử dụng bộ chia điện áp tại nút cơ sở chắc chắn dựa trên chế độ xem điều khiển điện áp.
LvW

β

1
Art of Electronics II đi sâu vào vấn đề này, đưa ra các ví dụ về thiết kế thất bại do "suy nghĩ sai lầm" được dạy bởi hầu hết các văn bản khác. Vấn đề chính là sự biến đổi của hfe giữa các bóng bán dẫn và trên phạm vi nhiệt độ lớn. Dựa vào hfe là tốt cho các thiết kế sở thích một lần duy trì ở 20C độ. Nhưng trong một sản phẩm được sản xuất hàng loạt với bóng bán dẫn trong khoảng 80-300 và phạm vi nhiệt độ ô tô, hầu hết sẽ thất bại trừ khi có thể loại bỏ hiệu ứng hfe (loại bỏ sử dụng triết lý thiết kế dựa trên điện áp phổ biến cho các bộ phận op-amp.)
wbeaty

@wbeaty: có chuyện gì với cuộc thập tự chinh vật lý của BJT? OP đã hỏi tại sao nó được coi là một thiết bị được kiểm soát hiện tại, chứ không phải NÊN nó được coi là một thiết bị được kiểm soát hiện tại. Cộng với câu trả lời đề cập đến điều này là để phân tích tín hiệu lớn.
jbord39

@wbeaty Không có gì lạ khi chỉ định thùng beta chặt chẽ hơn trong sản xuất khối lượng. Ví dụ, C1815Y (rất phổ biến trong các thiết kế của Nhật Bản) có phạm vi 120 - 240.
Spehro Pefhany

4

VBE


1
rất hữu ích khi một xấp xỉ mà bất kỳ biểu dữ liệu BJT nào bạn từng xem sẽ mô tả bản beta.
Abbeyatcu 17/8/2016

1
Có - beta được chỉ định. Vậy thì sao ? Từ thực tế này, bạn có thực sự rút ra được rằng BJT sẽ được điều khiển bởi dòng cơ sở không? Hay bạn có một số đối số khác? Tôi nghi ngờ.
LvW

2
@vicatcu Thiết bị có thể được đặc trưng theo bất kỳ cách nào, bao gồm các tham số hư cấu hoặc chức năng của các tham số chính khác.
Kaz

7
@Kaz: Tôi nghĩ thật sai lầm khi nói rằng một BJT không được điều khiển hiện tại chỉ vì dòng cơ sở có thể được biểu thị như là một hàm của điện áp phát cực gốc. Trên thực tế nó được kiểm soát bởi vì vật lý hiện tại là vấn đề cơ bản. Nếu không, bạn cũng có thể nói rằng một BJT được kiểm soát nhiệt độ thay vì được kiểm soát hiện tại ...
Curd

1
> ... sẽ mô tả bản beta. Có, họ đảm bảo rằng giá trị của hfe rơi vào khoảng từ 80 đến 300!
chiến thắng

4

Các câu trả lời khác đã bày tỏ ý kiến ​​về việc liệu BJT được điều khiển bằng điện áp hay điều khiển bằng dòng điện hoặc cả hai. Trong câu trả lời của tôi, tôi muốn giải quyết thay vì điều này:

Khi rõ ràng việc thay đổi điện áp sẽ điều khiển dòng điện qua bộ thu?

Hãy xem xét các mạch thay thế sau đây:

sơ đồ

mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab

Há chẳng phải rõ ràng rằng

IC=βDCIB

ic=βacib

và do đó, dòng cơ sở kiểm soát dòng điện thông qua bộ thu?

IBVBEVBEIB

Vì vậy, không có , nó không phải là rõ ràng , bằng ví dụ của bạn, rằng BJT là điện áp điều khiển.


vBEiB

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Tương tự, người ta có thể xác nhận rằng người ta có thể điều khiển dòng collector bằng cách điều khiển điện áp phát cực gốc bằng nguồn điện áp.

Bất kể, một vài người dùng đã thể hiện mạnh mẽ quan điểm của họ rằng dòng thu gom BJT được điều khiển bằng điện áp rõ ràng và điều đó cho thấy khác đi là vượt quá nhạt.

Lâu lâu tôi mới học vật lý chất rắn nên tôi quyết định tham khảo thư viện sách giáo khoa EE của mình. Cuốn sách giáo khoa đầu tiên tôi lấy ra khỏi kệ là " Thiết bị điện tử trạng thái rắn ", Ed 3.

Đây là một trích dẫn mở rộng từ phần 7.2.2:

iCiB

iCiEiBiC

iB

τtWbLpτp

τpτpτtτpτt

iCiB=β=τpτt

γ=1

(iB)iB

Bây giờ tôi gần như chắc chắn rằng những người chắc chắn trong trại kiểm soát điện áp sẽ hiểu điều này là sự xác nhận vị trí của họ cũng như những người vững chắc trong trại kiểm soát hiện tại. Vì vậy, tôi sẽ chỉ để nó ở đó. Hãy để tiếng sủa bắt đầu ...


1
Họ đang nhầm lẫn giữa "tư duy vượt trội cho thiết kế tương tự phù hợp khi xem xét các biến thể của quy trình" với "cách suy nghĩ hợp lý về mọi thứ"
jbord39

3

VinIBIB=Vin/R1IC=βIB

VinICR1R1Vin

Có lẽ một ví dụ sẽ giải thích nó tốt hơn. Hãy tưởng tượng tôi lái một chiếc xe hơi, và tốc độ của nó phụ thuộc vào mức độ tôi đẩy ga mạnh và trong bao lâu. Nhưng tôi không muốn nhận bất kỳ khoản tiền phạt nào, vì vậy tôi luôn tôn trọng giới hạn tốc độ. Bây giờ bạn đi cùng và nói:

Tại sao họ nói xe ô tô được điều khiển bằng chân ga, trong khi thực tế tốc độ của chúng phụ thuộc vào các vật kim loại phẳng có số được sơn trên chúng?

Vì vậy, những gì bạn nói là đúng trong trường hợp cụ thể này, nhưng điều đó không thay đổi thực tế rằng xe hơi không quan tâm đến những vật kim loại phẳng trong môi trường xung quanh.


Vì vậy, R1 thay đổi theo cách nói của bạn
Raj

Sự sụt giảm điện áp trên cơ sở thường là 0,6-0,7V
Abbeyatcu

2
R1 là bên ngoài của BJT tôi nói.
Dmitry Grigoryev

@vicatcu Tôi muốn nói rằng nó thường là 0,3-0,7V, và vâng, đó là những gì tôi gọi là nhỏ vì đơn giản.
Dmitry Grigoryev

1
@horta Tôi đã cố gắng để trích dẫn của tôi thân thiện hơn với quốc tế.
Dmitry Grigoryev

2

Nếu bạn biến Vin thành một hằng số và một biến số thì bạn có thể nói rằng BJT là thiết bị kiểm soát điện trở không?

Trong thiết lập của bạn, bạn dường như có quyền kiểm soát điện áp và quan sát nó có thể ảnh hưởng đến dòng điện thu. Thật hợp lý khi sử dụng điều này để chứng minh dòng điện của mạch này được điều khiển bằng điện áp, nhưng không hợp lý để nói điều này có nghĩa là tất cả các BJT đều được kiểm soát điện áp.

Bạn phải phân biệt giữa toàn bộ hệ thống và một thành phần trong hệ thống, ngay cả khi đó là thành phần thú vị nhất hoặc thậm chí là thành phần thú vị duy nhất.


1
Liên quan đến vấn đề điều khiển, điều quan trọng là phải phân biệt giữa (1) bóng bán dẫn "trần" (thiết bị dẫn điện được điều khiển bằng điện áp) và (2) một mạch làm việc, bao gồm BJT và các điện trở xung quanh. Một mạch như vậy có thể (có thể, nhưng không nhất thiết) được xem như là điều khiển hiện tại. Đây là trường hợp khi trong ví dụ trên, điện trở sê-ri R1 rất lớn nếu so với điện trở đầu vào của bóng bán dẫn tại nút cơ sở.
LvW

2

Tôi nghĩ sẽ hợp lý khi gọi một dòng điện BJT được điều khiển khi bạn so sánh nó với MOSFET.

MOSFET có một cổng, và điện áp trên cổng càng cao (về cơ bản không có dòng điện), thì độ dẫn từ nguồn-> nguồn càng cao. Vì vậy, đây là một thiết bị kiểm soát điện áp.

Ngoài ra,

Một BJT có một cơ sở. Độ dẫn từ bộ thu đến bộ phát càng cao thì dòng cơ sở càng cao.

Như một ví dụ thực tế làm nổi bật sự khác biệt:

  • Bộ nhớ flash

Cấu trúc liên kết bộ nhớ này là không thể thực hiện với BJT, bởi vì dòng cơ sở không đổi được yêu cầu để dẫn. Trong MOSFET, các điện tích có thể được đưa vào cổng cách điện. Nếu chúng được tiêm, chúng sẽ ở lại đó và giữ cho MOSFET luôn hoạt động. Độ dẫn này (hoặc thiếu chúng, nếu không có điện tích được tiêm) được cảm nhận và được sử dụng để đọc trạng thái bit được lưu trữ.


Xin lỗi - đây không phải là một mô tả chính xác về nguyên tắc làm việc của BJT. Bạn đã bao giờ nghe nói về phương trình hàm mũ của Shockley `Ic = f (Vbe) chưa? Bạn có biết rằng độ dẫn điện gm = d (Ic) / d (Vbe) là tham số chính cho quá trình khuếch đại? Bạn có biết rằng hai bóng bán dẫn khác nhau có giá trị beta khác nhau (100 và 200) sẽ cung cấp cùng mức tăng điện áp (Ic dòng tĩnh giống hệt nhau) không?
LvW

@LvW Tôi nghĩ rằng điểm jbord39 đang thực hiện là bạn không thể có điện áp nếu không có dòng điện và ngược lại. Do đó, theo định nghĩa nghiêm ngặt nhất, không có gì thực sự có thể là một thiết bị được điều khiển bằng dòng điện hoặc điện áp (một mình). Vì vậy, anh ấy / cô ấy đang cố gắng trả lời câu hỏi tại sao sách giáo khoa thậm chí còn bận tâm để phân biệt. Đầu ra của một BJT phụ thuộc rất nhiều vào dòng điện đầu vào không giống như MOSFET, tôi đang giả sử tại sao sách giáo khoa nói rằng một số thiết bị nhất định được điều khiển bằng dòng điện hoặc điện áp (trong thực tế không bao giờ thực sự như vậy).
horta

horta, đơn giản là không đúng khi đầu ra của BJT "phụ thuộc rất nhiều vào dòng điện đầu vào". Mỗi cuốn sách và trang chủ đáng tin cậy (!!!) từ các đoàn thể hàng đầu của Hoa Kỳ có thể cho bạn biết điều ngược lại. Không ai phủ nhận rằng một dòng cơ sở tồn tại nhưng nó có thể được xem đơn giản là một "phiền toái hoặc khiếm khuyết" (như được đề cập bởi chuyên gia nổi tiếng của BJT Barrie Gilbert).
LvW

@LvW: Trên hết câu hỏi của anh ấy không phải là "Có phải là một BJT hiện tại được kiểm soát" mà là " Tại sao một BJT được coi là kiểm soát hiện tại".
jbord39

3
@LvW Electronics.stackexchange.com/questions/201533/ Từ Vì điện áp và dòng điện trong các thiết bị không tồn tại mà không có nhau, bạn không thể nói rằng BJT thực sự là một thiết bị được điều khiển bằng điện áp. Ngay cả mô hình Ebers-Moll cũng không gì khác hơn là một mô hình (một xấp xỉ mà con người sử dụng để trừu tượng hóa các chi tiết lộn xộn của thế giới thực).
horta

1

Đến nay, tôi đếm được 10 câu trả lời và rất nhiều bình luận. Và một lần nữa tôi đã học được rằng câu hỏi nếu BJT là điện áp- hay hiện tại được kiểm soát dường như là một câu hỏi của tôn giáo. Tôi e rằng, người hỏi („ Tại sao sách giáo khoa nói rằng các BJT đang kiểm soát hiện tại ) sẽ bị nhầm lẫn vì có quá nhiều câu trả lời khác nhau. Một số là chính xác và một số là hoàn toàn sai. Do đó, vì lợi ích của người hỏi tôi muốn tóm tắt và làm rõ tình huống.

1) Điều tôi không bao giờ hiểu là hiện tượng sau: Không có một bằng chứng duy nhất nào cho thấy rằng bộ thu hiện tại Ic của một BJT sẽ được kiểm soát / xác định bởi Ib hiện tại cơ sở. Tuy nhiên, vẫn còn một số kẻ (thậm chí là các kỹ sư!) Lặp đi lặp lại rằng BJT - theo quan điểm của họ - sẽ được kiểm soát hiện tại. Nhưng họ chỉ lặp lại khẳng định này mà không có bất kỳ bằng chứng nào - không có gì bất ngờ, vì không có bằng chứng và không có xác minh.

Các “thanh minh duy nhất luôn là mối quan hệ đơn giản Ic = beta x Ib. Nhưng một phương trình như vậy không bao giờ có thể cho chúng ta biết bất cứ điều gì về nguyên nhân và kết quả. Hơn thế nữa, họ quên / bỏ qua cách phương trình này ban đầu được dẫn xuất: Ic = alpha x Ie và Ie = Ic + Ib. Do đó, Ib chỉ là một phần (nhỏ) của Ie - không có gì khác. (Barrie Gilbert: Dòng cơ sở chỉ là một "khiếm khuyết").

2) Ngược lại, có nhiều hiệu ứng có thể quan sát được và các đặc tính của ciruit cho thấy rõ ràng và bằng chứng rằng BJT được điều khiển bằng điện áp. Tôi nghĩ rằng, tất cả những ai biết một diode pn đơn giản hoạt động như thế nào cũng nên nhận ra điện áp khuếch tán là gì và làm thế nào một ĐIỆN ÁP bên ngoài có thể làm giảm hiệu ứng rào cản của tính chất cơ bản này của tiếp giáp pn.

Chúng ta phải áp dụng một ĐIỆN ÁP thích hợp trên các thiết bị đầu cuối tương ứng để cho phép dòng điện qua vùng cạn kiệt. Điện áp này (tương ứng với điện trường tương ứng) là đại lượng duy nhất cung cấp lực cho chuyển động mang điện tích, mà chúng ta gọi là dòng điện! Có bất kỳ lý do nào mà đường giao nhau pn cơ sở nên hoạt động hoàn toàn khác nhau (và KHÔNG phản ứng với điện áp)?

Theo yêu cầu, tôi có thể liệt kê ít nhất 10 hiệu ứng và tính chất mạch có thể được giải thích chỉ bằng điều khiển điện áp. Tại sao những quan sát này thường bị bỏ qua?

3) Người hỏi đã trình bày một mạch xứng đáng nhận xét bổ sung. Chúng ta biết rằng một opamp (chắc chắn được điều khiển bằng điện áp) có thể được nối dây như một bộ khuếch đại ra điện áp hiện tại (bộ khuếch đại transresistance). Điều đó có nghĩa là: Chúng ta luôn phải phân biệt giữa các thuộc tính của bộ khuếch đại „trần trụi và một mạch hoàn chỉnh với các bộ phận bổ sung.

Trong trường hợp hiện tại, điều đó có nghĩa là: BJT như một bộ phận độc lập được điều khiển bằng điện áp - tuy nhiên, xem toàn bộ mạch (với điện trở R1), chúng ta có thể coi sự sắp xếp hoàn chỉnh là mạch điều khiển hiện tại nếu R1 lớn hơn nhiều so với điện trở đầu vào của đường dẫn BE. Trong trường hợp này, chúng ta có một bộ chia điện áp được điều khiển bởi điện áp Vin.


1
KHÓA HỌC KHÔNG PHẢI LÀ TÔN GIÁO, thay vào đó là vật lý / kỹ sư so với niềm tin không chính xác được dạy ở trường tiểu học. Chúng tôi phải từ bỏ những mô hình đơn giản đó khi chúng tôi đạt đến cấp độ cao hơn (EE nâng cấp.) Các ampe khác nhau không thể được giải thích bằng các mô hình dựa trên giả. Hiện tại cũng không thể gương. Không thể cascode amps. QUAN TRỌNG: nếu bạn tin rằng ib điều khiển Ic, thì đối với bạn các amply âm thanh hiện đại sẽ mãi mãi đứng sau một rào cản của sự nhầm lẫn và thiếu hiểu biết, vì các mạch âm thanh được ghép nối DC sử dụng các thiết kế BJT dựa trên điện áp trong đó hfe không liên quan. Tình huống tương tự: nhìn vào phần bên trong của TL071, v.v.
đánh bại

1
@wbeaty: Điều nực cười là tôi đồng ý với cả LvW và bạn, về cách làm việc của BJT. Tuy nhiên, tôi vẫn có thể hiểu rằng BJT yêu cầu dòng điện để hoạt động. Thêm vào đó, tôi cảm thấy như sự phân đôi VI chỉ là một đối ngẫu trong trường hợp này, như được thể hiện bằng cách lấy nhật ký tự nhiên của phương trình diode shockley. Nhưng, tôi đoán rằng hai suy nghĩ hơi đối lập là quá nhiều để bạn có thể xử lý (với tất cả lý thuyết được gói gọn trong đó !!)
jbord39

2
Tôi nghi ngờ rằng phần lớn các cuộc tranh luận ở đây xoay quanh ý nghĩa của việc kiểm soát . Vì một mô phỏng SPICE đơn giản sẽ xác nhận rằng người ta có thể điều khiển dòng collector bằng cách điều khiển dòng cơ sở, nên câu lệnh "dòng collector được điều khiển bởi dòng cơ sở" là không thể chối cãi theo nghĩa đó. Nếu, như LvW và wbeaty xuất hiện, người ta chọn nhấn mạnh rằng tuyên bố đó là sai theo bất kỳ ý nghĩa nào, tôi sẽ chỉ đơn giản chỉ ra điều này: i.stack.imgur.com/LqFx1.png
Alfred Centauri

1
@LvW, tôi thất vọng, mặc dù không hoàn toàn ngạc nhiên, phản ứng rất yếu của bạn.
Alfred Centauri

1
@LvW: sau đó bạn vượt quá lý luận với. mô hình mà bạn đã kết hôn với tâm hồn của bạn chỉ là: một mô hình. dần dần các mô hình phức tạp hơn phát sinh khi chúng ta nhận ra các tương tác sâu hơn, sâu hơn. phương trình diode shockley dựa trên công thức hàm mũ thực nghiệm khác, cụ thể là phương trình Arrhenius. Điều này không tính đến mức độ vi mô của cơ học lượng tử, nhưng cho kết quả rất dễ đoán (thống kê). Than ôi, nó chỉ là một mô hình. Các nhà vật lý thậm chí không thể đồng ý về việc năng lượng được lưu trữ trong một lĩnh vực; bạn tuyên bố có sự hiểu biết đầy đủ về ngã ba pn là khá buồn cười.
jbord39

1

Ngẫu nhiên, có hai câu hỏi:
1. tại sao nó có thể được coi là điều khiển hiện tại, và
2. tại sao lại thuận tiện khi xem xét một điều khiển hiện tại được kiểm soát bởi BJT.

VBCIE

VBEIBVBEVBCVECIBgần như tuyến tính. Đó là tất cả.


-1

IC=βIBβIBIC

Điện áp cơ sở (tức là điện áp đo ở đầu cực cơ sở đối với GND) thực tế ít nhiều là một hằng số (ít nhất là ở độ bão hòa), như đặc trưng của sự sụt giảm điện áp chuyển tiếp diode.


Làm thế nào để bạn thay đổi cơ sở hiện tại?
Raj

1
Thật thú vị - một câu trả lời sai được một điểm. Có lẽ, vì câu trả lời rất đơn giản? (Voi tôi nghĩ thật thú vị khi sống không biết nhiều hơn là có câu trả lời có thể sai. Vùi R. Feynman).
LvW

3
Abbeyatcu - bạn có chắc là đúng? Bạn có biết rằng bạn đã hoàn toàn sai? Tham số chính cho khuếch đại là gm độ dẫn điện là SLIAN của đường cong hàm mũ Ic = f (Vbe). Điều gì khiến bạn nghĩ rằng Vbe là một hằng số? Đề nghị của tôi: Tham khảo sách giáo khoa đáng tin cậy trước khi đưa ra câu trả lời sai.
LvW

1
@vicatcu sai. Vật lý cho thấy rõ ràng rằng Ie (và Ic) được điều khiển bởi hàng rào tiềm năng của đường giao nhau BE và KHÔNG phải bởi dòng cơ sở. Tuy nhiên, dòng điện cơ sở và điện thế BE được liên kết với nhau bằng phương trình diode. Nói một cách đơn giản, điều khiển dòng cơ sở Vbe, và sau đó Vbe trực tiếp điều khiển Ie (và do đó là Ic.) Nói cách khác, phương trình khuếch đại hiện tại không phải là vật lý cơ bản, vì không có cơ chế nào mà Ib có thể ảnh hưởng trực tiếp đến Ie hoặc Ic. Ib có quyền kiểm soát gián tiếp Ic (thông qua các biến thể Vbe), vì vậy "hfe" là một khái niệm rất hữu ích. Nhưng hfe không phải là vật lý cơ bản của BJT.
chiến thắng

2
Dòng dưới cùng, trong mạch từ OP, nguồn điện áp rất có thể là đầu ra 0 / 5v của bộ điều khiển và điện trở được chọn để đặt dòng cơ sở, không phải điện áp cơ sở. Không ai đang tranh cãi về vật lý cơ bản của một BJT, đó chỉ là một cấu trúc ứng dụng cụ thể theo ngữ cảnh thực tế.
Abbeyatcu
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.