Por que o transistor não trocava?

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Eu estava lendo um exemplo de um livro de texto. E para este circuito acima, o autor afirma que quando R3 é inferior a 100 ohm, o Q3 não muda. Eu não conseguia descobrir a "razão" do porquê. Mas verifiquei com o LTSpice que o autor está certo. Ele simplesmente não explica o motivo.

Se vamos dizer que R3 está próximo de zero quando Q2 está ativado, por que Q3 também não liga?

transistors switches bjt

— user16307
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Você parece estar trabalhando duro, estudando e analisando este exemplo. Nada de errado com isso. Ele só chamou minha atenção depois de ver duas vezes. Boa sorte por aí!

— precisa

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Para o Q3 ligar, a queda de tensão entre sua base e o emissor deve ser de cerca de 0,6 V, o que significa que a mesma tensão deve cair sobre R3, o que significa que a corrente que passa por R3 deve ser pelo menos I3 = 0,6V / R3 .

Quando há menos corrente fluindo através de R3, a queda de tensão sobre R3 é menor que a queda de tensão mínima do Q3, e o Q3 permanece desligado.

Para R3 = 100 Ω, a corrente I3 necessária seria 6 mA. No entanto, neste circuito, a corrente através de R3 e Q3 também é limitada por R2: uma corrente de 6 mA resultaria em uma queda de tensão de 19,8 V sobre R2, o que não é possível com uma alimentação de 15 V.
A maior queda de tensão possível sobre R2 ocorre quando Q2 está saturado e é de cerca de 14 V, o que resulta em uma corrente máxima possível de cerca de 14V / 3,3kΩ = 4,2 mA.

— CL.
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"o que significa que a mesma tensão deve cair sobre R3", por que a mesma tensão tem que cair? isso é porque kirchoff eq?

— user16307

btw, mas quando R3 é muito pequeno, a corrente pode aumentar e criar 0,7 volt para equilibrar a tensão base do emissor. estou confuso ..

— user16307

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@jjuserjr Eu acho que uma maneira mais fácil de verificar se Q3 deve estar ativado ou não seria ver que com R3 ~ 0, Q3 teria níveis de tensão semelhantes em seu emissor e base, mas, como é pnp, o emissor deve estar em um nível menor potencial do que a base para começar a conduzir. Se eles tiverem um potencial semelhante, o terceiro trimestre estará desativado.

— user13267

As extremidades de R3 e a base / emissor de Q3 são conectadas diretamente, portanto esses pontos sempre têm a mesma tensão. A corrente através do R3 não pode aumentar porque o R2 não permite.

— CL.

@ user13267 Quando você escreveu "como é pnp, o emissor deve ter um potencial menor do que a base para começar a conduzir.", acho que você quis dizer que o emissor deveria ter um potencial maior que a base.

— Deepak

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Os transistores PNP são quando $V_{EB}$ $R_3$

$V_{EB}$ $R_3$ $R_2$ $R_3$ $Q_3$

V_{E B} \approx \frac{R_{3}}{R_{2} + R_{3}} \cdot 15 V \approx \frac{R_{3}}{R_{2}} \cdot 15 V

$V_{EB} \approx \frac{R_3}{R_2 + R_3} \cdot \text{15 V} \approx \frac{R_3}{R_2} \cdot \text{15 V}$

R_{3} << R_{2}

$R_3 << R_2$

R_{3} / R_{2}

$R_3 / R_2$

— Greg d'Eon
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mas quando R3 é muito pequeno, a corrente pode aumentar e criar 0,7 volt para equilibrar a tensão base do emissor. estou confuso.

— user16307

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Você deve ler en.wikipedia.org/wiki/Voltage_divider para entender por que o aumento da corrente não causará um aumento de tensão.

— Greg d'Eon

não, eu quis dizer que basicamente o transistor pnp deve regular a queda de tensão através dele, certo? então, qualquer que seja a resistência que deveria regular. por que não pode regular? e se regula a corrente de R3, o que for menor, deve aumentar. Isso foi o que eu pensei.

— user16307

Estamos falando aqui da corrente através do resistor (ou seja, R3) e não através do transistor , o último dos quais (corrente) é responsável apenas por ligar o transistor. Se R3 estiver muito baixo, não haverá voltagem suficiente na base para ligar o transistor. A corrente através do transistor é dada por R2, não por R3.

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E com relação à resposta de Greg: aproximar R3 / (R2 + R3) como R3 / R2 não é muito útil aqui, especialmente ao projetar esse divisor para que o Q3 realmente entre em saturação.

— Fizz

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Como você está confuso sobre o comportamento de ativação de Q3 em relação a R3, considere o circuito equivalente que consiste apenas no divisor essencial de resistores (R3 e R2) e na junção base-emissor de Q3:

Estou variando aqui R3 ao longo do tempo de 0 a 1K. O diodo BE gira em torno de 0,65 V, o que corresponde a 150 ohms para R3. Isso é facilmente verificado como 15V * 150 / (3300 + 150) = 0,65V.

Como a corrente através de um diodo que está ligado tem uma variação exponencial com a tensão através dele (equação de Shockley), e como a corrente aqui é limitada por R2, a tensão BE será aproximadamente constante quando o diodo estiver ligado. Quando a junção está ativada, o Vbe realmente varia logaritmicamente com uma corrente de diodo que tem um limite superior (imposto por R2) ... o que significa pouco. Observe que a curva V (BE) (traço vermelho) tem uma curva mais acentuada do que a corrente I (BE) (magenta) ... devido à relação logarítmica que possui com a corrente do diodo.

Antes do diodo ligar, a tensão BE é uma função linear de R3, pois é apenas um divisor resitivo com R2. Além disso, I (R2) não varia muito, mesmo antes do diodo ligar, porque o ponto de ativação é de apenas R3 = 4,5% do valor de R2. Mas em um gráfico separado de I (R2) [no painel inferior] você pode ver que é "ainda mais constante" além do ponto de ativação do diodo. Portanto, isso verifica a suposição usual de que Vbe é constante (e, consequentemente, também é I (R2) aqui) quando a junção BE está realmente ligada. Antes disso, não há restrição sobre o que Vbe pode ser como você pode ver; depende apenas do valor de R3 quando o diodo está desligado.

— Efervescer
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Considere a tensão através de um diodo e a corrente que flui. Abaixo estão as curvas para um antigo diodo de germânio (1N34A) e um diodo de silício (1N914): -

Concentre-se no diodo de silício (1N914). Com 0,6 volts, a corrente é de cerca de 0,6mA. Agora abaixe essa tensão para 0,4 volts. A corrente cai para 10 uA e, com 0,2 volts, a corrente é de cerca de 100 nA.

Agora, a junção emissor-base em um BJT é um diodo polarizado para frente. A polarização direta vem da tensão que você coloca através dela e isso geralmente ocorre através de um resistor de polarização. No seu circuito, R2 e a tensão da fonte de alimentação definem a corrente que pode fluir conjuntamente na base e no R3.

Quando o R2 fornece uma quantidade decente de corrente, a maior parte flui através da junção do emissor base, porque você está naquela parte da curva do diodo e essa parte da curva do diodo possui uma resistência dinâmica muito menor que o R3. À medida que a tensão do emissor base diminui, sua resistência dinâmica aumenta e o R3 começa a se tornar o "caminho" para o qual a maioria da corrente do R2 flui.

Resistência dinâmica é a pequena mudança na tensão aplicada dividida pela mudança na corrente. Você pode olhar para o gráfico de diodos acima e escolher alguns pontos: -

A 0,60 volts, a corrente é possivelmente 600 uA
A 0,62 volts, a corrente é de cerca de 1000 uA

A resistência dinâmica seria 20mV / 200uA = 100 ohms

A 0,40 volts, a corrente é de cerca de 10 uA
A 0,42 volts, a corrente é de cerca de 11 uA

A resistência dinâmica seria 20mV / 1uA = 20 kohms.

Assim, quando R3 diminui, torna-se mais dominante que a junção do emissor base e rapidamente a corrente da junção diminua. Dado que podemos aproximar a ação do transistor a um dispositivo com ganho de corrente, abaixar R3 além de um certo ponto significa uma corrente de coletor em queda rápida e, na verdade, o transistor é considerado desligado.

— Andy aka
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Um transistor precisa de cerca de 0,7 V VBE para começar a conduzir. Como você tem o benefício de um simulador, experimente diferentes valores de R2 / R3 e observe a tensão desenvolvida em R3 e se o transistor está ligado.

Quanto ao porquê de 0.7v, você precisa de física de semicondutores!

— Neil_UK
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eu pensei que eu pudesse entender fora do castigo usando a lógica aristotaliana. "se isso exceder, isso ativa" .. so on

— user16307

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Bem, acho que todas as respostas complicadas foram dadas, mas, para meus dois centavos: qualquer coisa abaixo de 150 ohms "diminui" a base da junção do emissor

— bomber8013
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