Tại sao dòng điện vẫn chảy qua bộ thu mặc dù mạch bán dẫn không có Vcc

Tôi đã xem qua một hướng dẫn trong đó tôi nghĩ rằng mạch NPN BJT ở trên là sai vì các kết luận được đưa ra.

Nhưng khi tôi mô phỏng mạch này, tôi phát hiện ra kết luận là đúng.

Tôi đã hoàn toàn bối rối và dường như tôi có một số hiểu lầm cơ bản về hành vi của bóng bán dẫn.

Các mạch trên không được cung cấp. Không có Vcc. Có một điện áp đầu vào Vin được tăng từ 0 đến 1V.

Dưới đây là sơ đồ của Vout điện áp đầu ra đối với Vin:

Và ở đây bên dưới cốt truyện là dòng điện thông qua tải I (Rload) và bộ sưu tập Ic hiện tại đối với Vin.

Câu hỏi:

Sự nhầm lẫn của tôi là làm thế nào đến bất kỳ hình thức hiện tại nào và chảy qua collector và Rload khi không có sự khác biệt tiềm năng giữa các cực collector và cực phát của bóng bán dẫn.

Theo cốt truyện, có vẻ như KCL hài lòng vì tôi (Rload) + Ic = 0.

Nhưng những gì tôi không hiểu làm thế nào các hình thức hiện tại và chảy theo cách này.

Nếu ai đó hỏi tôi, tôi sẽ nói: "Dòng điện sẽ chảy từ cơ sở đến bộ phát do đó xuống mặt đất. Sẽ không có dòng điện qua tải và Vout sẽ bằng không."

Tôi hoàn toàn bối rối với mạch này. Rõ ràng có gì đó không ổn trong quan điểm của tôi. Tại sao vòng lặp hiện tại theo cách đó?

Đó là để làm với cấu trúc của một bóng bán dẫn BJT. Hãy nhìn vào NPN:

^{Nguồn hình ảnh}

Bạn có một vùng thu được làm bằng chất bán dẫn loại N, cơ sở của loại P và bộ phát loại N. Tôi sẽ không đi vào chi tiết vì nó nằm ngoài phạm vi của câu hỏi, nhưng hãy cho nó đủ câu hỏi - không phải người sưu tầm và người phát trông giống nhau sao?

Những gì bạn đã làm là kết nối bộ phát với mặt đất và bộ thu để nối đất thông qua một điện trở. Sau đó, bạn đã áp dụng một điện áp cho cơ sở.

Thông thường những gì bạn mong đợi với một điện áp trên cơ sở là cho dòng điện chạy từ cơ sở đến bộ phát - về cơ bản nó là một diode với cơ sở là cực dương và bộ phát là cực âm. Nếu điện áp ở cực âm cao hơn cơ sở, dòng điện này đi qua đường giao nhau của bộ phát cơ sở sẽ khiến dòng điện chạy từ bộ thu đến bộ phát.

Tuy nhiên trong trường hợp của bạn, người sưu tầm không có tiềm năng cao hơn cơ sở, nó có tiềm năng thấp hơn. Đây là nơi mà câu hỏi của tôi xuất hiện - giống như đường giao nhau của bộ phát cơ sở, đường giao nhau của bộ thu cơ sở cũng là một đường nối PN, cũng là một diode. Một lần nữa cơ sở là cực dương, nhưng lần này bộ thu là cực âm. Điều đó có nghĩa là khi bạn đặt một điện áp cao hơn trên đế so với cực âm, một dòng điện sẽ chạy từ cơ sở qua cực âm.

Bây giờ bạn có dòng điện chạy từ gốc đến cực âm, qua điện trở xuống đất, do đó dòng điện bí ẩn được xác định.

Để làm rõ hơn, đây là mạch của bạn nếu chúng tôi coi các điểm nối PN là điốt (*):

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Bạn có thể thấy làm thế nào dòng điện bây giờ có thể chạy qua cả diode Base-Emitter cũng như diode Base-Collector.

Xét về lý do tại sao biểu đồ hiện tại của bạn hiển thị dòng thu là âm, điều này gần như chắc chắn theo cách bạn đã thăm dò dây trong mô phỏng của mình.

Đầu dò mô phỏng sẽ được thiết lập sao cho dòng chảy vào bộ thu được coi là "dương". Ngoài ra, đầu dò thứ hai sẽ được thiết lập để dòng điện chạy qua điện trở từ trên xuống dưới được coi là "dương".

Tuy nhiên, trong trường hợp này, dòng điện đang chảy ra khỏi bộ thu ("âm" từ quan điểm của đầu dò) và vào điện trở ("dương" từ quan điểm của đầu dò thứ hai). Kết quả là có một sự khác biệt trong dấu hiệu.

Về cơ bản, nó giống như có hai ampe kế nối tiếp, nhưng một dây nối ngược. Họ sẽ hiển thị các bài đọc bằng nhau nhưng ngược lại.

Thông tin thưởng

Bây giờ, dòng Base-Collector sẽ thấp hơn nhiều so với dòng Base-Emitter, một phần vì bạn có điện trở nối tiếp từ collector xuống đất sẽ làm giảm một số điện áp và do đó hạn chế dòng điện (giống như đặt một điện trở nối tiếp với đèn LED) , nhưng cũng một phần vì cấu trúc NPN phức tạp hơn.

Bộ phát được pha tạp nhiều hơn bộ thu, điều đó có nghĩa là đường giao nhau BE thực sự sẽ có điện áp chuyển tiếp thấp hơn nhiều so với đường giao nhau BC. Kết quả là, ngay cả khi không có điện trở, dòng BC sẽ nhỏ hơn đáng kể so với dòng BE.

Trong thực tế, bạn có thể sử dụng một bóng bán dẫn BJT ngược (hoán đổi C và B), nhưng hiệu suất sẽ bị suy giảm ồ ạt.

^{(*) Khung nhìn diode không hoàn toàn đại diện cho một bóng bán dẫn NPN. Nếu bạn gắn hai điốt như vậy, bạn sẽ không kết thúc với một bóng bán dẫn NPN vì các đầu dẫn kim loại của diode ở giữa những thứ khác. Tuy nhiên, nó mô tả chính xác hiệu ứng bạn đang thấy.}

Điều này nhằm mục đích bổ sung cho câu trả lời toàn diện của Tom và được trả lời bằng cách lùi lại một bước. Đó là một câu trả lời về các mô hình.

Một bóng bán dẫn là một đối tượng phức tạp. Đối với nhiều mục đích, nó có thể được đơn giản hóa bằng cách thay thế nó bằng một mô hình, trong đó nắm bắt một số, nhưng không phải tất cả, về hành vi của nó.

Chẳng hạn, khi đo một bóng bán dẫn có chức năng 'kiểm tra diode' của DMM, mô hình 'hai điốt' giải thích các phép đo. Nhưng nó không cho bạn biết lợi ích đến từ đâu. Mô hình quá đơn giản cho điều đó.

Ví dụ, khi tạo ra một bóng bán dẫn 'bình thường' để tạo ra bộ khuếch đại bộ phát chung, mô hình 'nguồn hiện tại được kiểm soát' nắm bắt được nhiều hành vi hơn, cho phép bạn tính toán các dòng điện thiên vị và các hệ số khuếch đại. Nhưng nó quá đơn giản và trừu tượng để giải thích những gì xảy ra trong câu hỏi của OP.

Khi mọi người sử dụng các mô hình, thông thường sẽ nắm bắt hành vi đơn giản nhất cho mục đích của họ và không còn nữa. Như vậy, thông thường chúng ta có thể tìm thấy các trường hợp góc minh họa những thiếu sót của bất kỳ mô hình nào. Sau đó, chúng ta cần tìm một mô hình hoàn chỉnh hơn, hạ gục và phân tích đối tượng phức tạp hoàn chỉnh hoặc quyết định chúng ta không cần độ chính xác cao hơn và tìm cách làm việc với xấp xỉ của mô hình (cả ba đều được thực hiện trong các trường hợp khác nhau).

Tôi luôn cảm thấy buồn cười trước mô hình của những người mà ông chủ của tôi đã sử dụng khi tìm ra bao nhiêu người để giao cho bất kỳ dự án kỹ thuật cụ thể nào, anh ta thay thế mọi người bằng 'hộp thịt bữa trưa', điều này sẽ nắm bắt được tính không thể tách rời, một số sinh học và (có thể là bài đăng của tôi, có thể là văn bản phụ của anh ấy) không thể biết bạn sẽ nhận được gì cho đến khi bạn mở hộp thiếc và có thể thất vọng. Hãy xem, chúng tôi có ngân sách 2 triệu trong 4 năm, vì vậy chúng tôi có thể đủ khả năng để đặt 5 hộp thịt bữa trưa vào đó! Mặc dù mô hình phần nào đơn giản hóa quá mức các chi tiết, tôi không nhớ rằng anh ta ít thành công hơn với việc lập kế hoạch tài nguyên so với bất kỳ người quản lý dự án nào khác.

Chỉ cần thêm một vài điểm vào câu trả lời xuất sắc của Tom Carpenter

Các mạch trên không được cung cấp.

V _in là một nguồn năng lượng.

... Làm thế nào mà bất kỳ hình thức hiện tại và chảy qua collector và Rload khi không có sự khác biệt tiềm năng giữa bộ thu và bộ phát của bóng bán dẫn?

V _out là sự khác biệt tiềm năng giữa bộ thu của bóng bán dẫn và bộ phát của nó. Âm mưu của bạn rõ ràng cho thấy rằng nó không phải là số không.

Hơn nữa, âm mưu của bạn hiển thị dòng điện qua R _tải . Không bao giờ có thể có dòng điện qua một điện trở mà không có sự khác biệt tiềm năng giữa các thiết bị đầu cuối của nó. Đó là định luật Ohm.