Tại sao Vbe là 0,7 không đổi cho một bóng bán dẫn trong khu vực hoạt động?

Tôi sẽ lấy một ví dụ về một bộ khuếch đại phát phổ biến đơn giản . Hãy quên đi xu hướng và mọi thứ bây giờ, nhưng tập trung vào mấu chốt của mạch này. Theo cách hiểu của tôi, một điện áp giữa nút cơ sở và nút bộ phát được thay đổi , cuối cùng được khuếch đại bởi bóng bán dẫn, làm cho tín hiệu gốc (phiên bản khuếch đại) đảo ngược xuất hiện ở nút bộ thu.

Ngay bây giờ, tôi đang làm việc thông qua một cuốn sách; Sedra / Smith, Vi điện tử.

Trong suốt chương tôi đang thực hiện, nó nói rằng trong khu vực hoạt động, Vbe được coi là 0,7V . Điều này chỉ không có ý nghĩa với tôi, làm thế nào Vbe có thể không đổi khi chính nó là biến đầu vào cho một tầng khuếch đại? Điều này có thể đã bắt đầu có ý nghĩa với tôi nếu tôi nhìn vào giai đoạn CE với điện trở bộ phát (thoái hóa bộ phát), trong đó điện áp còn lại có thể được thả trên điện trở. Nhưng đây không phải là trường hợp, vì vậy hãy khai sáng cho tôi!

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

Đảo ngược phương trình hiện tại của bộ thu:

sản lượng:

Ví dụ: để

Với các giá trị này, tìm thấy rằng

Bây giờ, tăng gấp đôi hiện tại collector và thấy rằng

Tăng 100% dòng thu chỉ tăng điện áp cực phát 2,45%

Vì vậy, mặc dù không đúng là điện áp bộ phát cơ sở là không đổi, nhưng nó không phải là một xấp xỉ xấu để xem xét nó không đổi trong một phạm vi dòng thu tương đối rộng.

Vbe trong một bóng bán dẫn silicon, hoạt động như một diode silicon. Giảm điện áp chuyển tiếp, sau khi một dòng điện nhất định được thông qua, tăng mạnh. Tăng hiện tại làm cho một sự khác biệt Vf không đáng kể tại thời điểm đó.

Lưu ý rằng Vf khác với Diode Germanium và Transitor, một cách tự nhiên.

Mô hình Ebers-Moll cho dòng phát trong một bóng bán dẫn lưỡng cực là:

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

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

Âm mưu của Ebers-Moll

$V_{be}$

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

$V_{be}$

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

Mức Fermi là năng lượng trung bình của các electron di động (hoặc lỗ trống) trong vật liệu bán dẫn. Các mức Fermi được biểu thị bằng vôn electron (eV), và có thể được xem là đại diện cho điện áp mà các electron nhìn thấy.

Silic xâm nhập (và gecmani) có mức Fermi ở giữa cạnh trên của dải hóa trị và cạnh dưới của dải dẫn.

Khi bạn nhúng silicon vào loại P, bạn sẽ thêm rất nhiều lỗ hổng. Bây giờ bạn có nhiều trạng thái sóng mang khả dụng hơn ở gần đỉnh của dải hóa trị và điều này đẩy mức Fermi xuống gần cạnh của dải hóa trị. Tương tự như vậy, khi bạn xử lý loại N, bạn thêm rất nhiều electron, điều này tạo ra nhiều trạng thái sóng mang khả dụng hơn ở gần dải dẫn và đẩy mức Fermi lên gần cạnh của dải dẫn.

Đối với các mức pha tạp thường được tìm thấy trong một điểm tiếp xúc cơ sở, sự khác biệt về mức Fermi giữa các mặt P và N là khoảng 0,7 electron-volt (eV). Điều này có nghĩa là một electron di chuyển từ N đến P thải ra 0,7 eV năng lượng (dưới dạng photon: Đây là nơi các điốt phát sáng nhận được ánh sáng của chúng: các vật liệu và pha tạp được chọn sao cho sự khác biệt về mức Fermi trên đường giao nhau tạo ra các photon ở bước sóng mong muốn, như được xác định bởi phương trình của Planck). Tương tự, một electron chuyển từ P đến N phải nhận 0,7 eV ở đâu đó.

Nói tóm lại, Vbe về cơ bản chỉ là sự khác biệt về mức độ Fermi ở hai bên đường giao nhau.

Đây là vật liệu Bán dẫn 101, trong đó bạn phải hiểu điều này trước khi bạn đi xa hơn. Thực tế là 101 KHÔNG có nghĩa là nó đơn giản hoặc dễ dàng: Phải mất hai học kỳ tính toán, hai học kỳ hóa học, hai học kỳ vật lý và một học kỳ của phương trình vi phân, để đặt nền tảng tiên quyết cho lý thuyết bán dẫn lớp giải thích tất cả những điều trên trong chi tiết gory.

$V_{BE} = 0.7V$

$V_{BE}$

Câu hỏi hay. Vbe được trích dẫn là 0,7V chỉ là một xấp xỉ. Nếu bạn đo Vbe của một bóng bán dẫn đang khuếch đại tích cực, nó sẽ hiển thị Vbe là 0,7V hoặc ở mức trên đồng hồ vạn năng, nhưng nếu bạn có thể phóng to 0,7 đó, như bạn có thể với một máy hiện sóng, bạn sẽ thấy các biến thể nhỏ xung quanh nó , do đó, tại bất kỳ thời điểm nào, nó có thể là 0,6989V hoặc 0,70021V là tín hiệu đầu vào nằm trên độ lệch đó - tín hiệu bạn muốn khuếch đại - dao động về điểm thiên vị đó.

$v_{BE}$$v_{BE}$$v_{ce}$ (Hiệu ứng sớm).

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

Câu hỏi của bạn là tuyệt vời.

Các bóng bán dẫn, theo lý thuyết, chỉ được đóng hoàn toàn cho mọi Ube <0,7V và hoàn toàn mở cho mọi Ube> = 0,7V. Trong một số bóng bán dẫn công suất thấp, Ube lý tưởng hóa này có thể là 0,6V hoặc 0,65V.

Trong thực tế, Ube có thể dao động từ 0V đến 3V thậm chí nhiều hơn cho các bóng bán dẫn công suất cao. Trong thực tế, các bóng bán dẫn sẽ hơi mở cho bất kỳ Ube> 0 nào và tiếp tục tăng độ mở của chúng với sự gia tăng của Ube.

Tuy nhiên, như đã đề cập, sự phụ thuộc của Ice hay nói rõ hơn, Rce từ Ube hoàn toàn không tuyến tính sau một điểm nhất định và do đó, sự gia tăng của Ice không dẫn đến sự gia tăng lớn của Ube, tuy nhiên, vẫn có như vậy.

Dưới 0,7V, sự gia tăng của Ice có thể hơi tuyến tính và điều này phụ thuộc vào bóng bán dẫn.

Ube tối đa tại Ice tối đa dễ dàng 2,5V đến 3V đối với các bóng bán dẫn công suất lớn và Ice lớn hơn 25A.

Một điều chắc chắn: trong các ứng dụng tương tự, sự phụ thuộc của Ice từ Ube chắc chắn phải được xem xét, chủ yếu là cho các bóng bán dẫn công suất cao hoặc dòng điện cao.

Hãy xem 2N5302 có Ube = 3V tại Ice = 30A và Uce = 4V.

Cuối bài đăng này, bạn sẽ biết cách tính mức tăng điện áp của một lưỡng cực.

Cho phép kiểm tra bảng Vbe so với Collector Current, cho một lưỡng cực tưởng tượng:

VBE Ic

0,4 1uA

0.458 10uA Thông báo thêm 58mV Vbe cung cấp chính xác hơn 10 lần hiện tại.

0,516 100uA

0,574 1mA

0,632 10mA

0,690 100mA [bóng bán dẫn là HẤP DẪN, vì vậy dòng điện có thể chạy và làm tan chảy bóng bán dẫn (một rủi ro đã biết với các lưỡng cực sai lệch với điện áp cơ sở không đổi)]

Transitor 0,748 1AMP là HOT

Transitor 0.806 10Amps là HOT

Chúng ta thực sự có thể vận hành một bóng bán dẫn lưỡng cực trên dòng thu coll 1uA đến 10Amps không? Có, nếu nó là một bóng bán dẫn điện. Và ở dòng điện cao hơn, bảng tốt này - hiển thị 58 milliVolts Vbe tạo ra dòng điện gấp 10 lần --- mất độ chính xác vì silicon số lượng lớn có điện trở tuyến tính và các đường cong sẽ cho thấy điều đó.

Làm thế nào về những thay đổi nhỏ hơn 58mV? Vbe Ic 0,2 volt 1nanoAmp (khoảng 3 yếu tố 58mV dưới 1uA ở mức 0,4v) 0,226 2,718 nanoAmp (0,026v vật lý mang lại cho E ^ 1 thêm I) 0,218 2.000 nanoAmp 0,236 4.000 nanoAmp 0,254 8,000 nanoAmp (bạn sẽ tìm thấy N * 18mV trong tài liệu tham khảo điện áp)

OK, đủ bàn. Cho phép xem bóng bán dẫn lưỡng cực tương tự như ống chân không hoặc MOSFETS ............... như các bộ chuyển đổi, trong đó những thay đổi trong Điện áp đầu vào gây ra những thay đổi trong Dòng điện đầu ra.

Bipologists rất thú vị khi sử dụng, bởi vì chúng tôi biết CHÍNH XÁC độ dẫn điện cho bất kỳ lưỡng cực nào, nếu chúng ta biết dòng thu DC (nghĩa là không có tín hiệu AC đầu vào).

Để viết tắt, chúng tôi có thể gọi đây là 'gM' hoặc 'gm', bởi vì các bảng dữ liệu ống chân không đã sử dụng biến đổi "dẫn truyền lẫn nhau" để giải thích cách điện áp lưới điều khiển dòng điện. Chúng ta có thể tôn vinh Lee deForest bằng cách sử dụng gm cho việc này.

Gm của một lưỡng cực, ở 25 độ C và biết kt / q là 0,026 volt, là -------> Ic / 0,026 và nếu dòng Collector là 0,026 amps (26 milliAmps), gm là 1 amp mỗi volt.

Do đó, 1 millivolt PP trên cơ sở gây ra dòng điện xoay chiều PP 1 milliAmp. Bỏ qua một số biến dạng, mà bạn có thể dự đoán bằng Taylor Series. Hoặc các bài viết của Barry Gilbert về IP2 và IP3 cho người lưỡng cực.

Giả sử chúng ta có điện trở 1Kohm từ bộ thu đến +30 volt, mang 26mA. Vce là 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 volt, do đó lưỡng cực nằm trong vùng "tuyến tính". Lợi ích của chúng tôi là gì?

Độ tăng là gm * Rcollector hoặc 1 amp/volt * 1.000 ohms hoặc Av = 1.000x.

Câu hỏi của bạn là:

Làm thế nào Vbe có thể không đổi khi chính nó là biến đầu vào cho một tầng khuếch đại?

Câu trả lời dễ dàng là, tốt, nó không phải là:

1. $V_{BE}$không duy trì ổn định nghiêm ngặt trong vùng hoạt động, nhưng với mục đích phân tích DC của mạch, chúng ta có thể giả định rằng nó là như vậy. Hầu hết các câu trả lời cho câu hỏi của bạn đã tập trung vào việc phát triển (khá tốt) giải thích vật lý đằng sau giả định này. Tuy nhiên, tôi nghĩ rằng bạn đang tìm kiếm một cái gì đó khác
2. $V_{BE}$ có thể là "biến đầu vào" của bạn, nhưng từ góc độ BJT, những gì có liên quan $I_b$. Hãy nhớ rằng: BJT là một thiết bị khuếch đại hiện tại . Tất nhiên bạn có thể lấy được mức tăng điện áp, nhưng chỉ sau khi thiên vị và tải đúng .

Nhưng bây giờ tôi sẽ cố gắng trả lời những gì tôi tin là nghi ngờ thực sự của bạn. Tôi nghĩ rằng bạn đang trộn lẫn khái niệm từ phân tích DC và phân tích tín hiệu nhỏ của mạch.

Những gì bạn gọi là "biến đầu vào" trên thực tế có một thành phần AC trên đầu của một thành phần DC:

Thành phần DC ở đó chỉ dành cho xu hướng cơ sở. Đó là "hằng số$V_{BE}$"bạn đang đề cập đến. NHƯNG (và đây là phần quan trọng), thành phần AC là tín hiệu mà chúng ta thực sự muốn khuếch đại. Và, tất nhiên, nó không phải là hằng số.

Tôi nghĩ rằng bây giờ bạn có thể thấy sự nhầm lẫn của bạn đến từ đâu. Đừng lo lắng, đó là một sự nhầm lẫn khá phổ biến. Tôi đã luôn nghĩ rằng hầu hết các giáo viên và sách không làm tốt công việc giải thích cách suy nghĩ theo phân tích DC so với phân tích tín hiệu nhỏ và những giả định nào nên được áp dụng trong mỗi một.

Tổng kết tất cả:

1. Khi phân tích mạch DC, chúng tôi bỏ qua tín hiệu AC (thực ra, chúng tôi đặt nó về 0) và giả sử $V_{BE}$không đổi ở 0,7V. Nếu chúng ta muốn chính xác hơn, chúng ta có thể tính toán thực tế$V_{BE}$ giá trị phù hợp với thực tế $I_b$. Điều này sẽ đặt điểm tĩnh của bộ khuếch đại (các giá trị DC mà tín hiệu AC dao động xung quanh).

2. Khi phân tích mạch tín hiệu nhỏ, chúng ta bỏ qua các điện áp DC (thực ra, chúng ta đặt tất cả chúng thành 0) và chỉ tập trung vào tín hiệu AC, không phải là hằng số. Lưu ý cách$R_c$ trở thành căn cứ trong sơ đồ mạch dưới đây vì $V_{cc}$đã được đặt thành không cho mục đích phân tích. Cũng lưu ý sự tinh tế: tín hiệu AC thường được gọi là$v_{BE}$, trong khi sai lệch DC là $V_{BE}$.

Lưu ý: bạn có thể tìm thấy nguồn cho sơ đồ trên đây .