Por que Vbe é uma constante 0,7 para um transistor na região ativa?

Vou dar um exemplo de um amplificador de emissor comum simples . Esqueça a tendência e as coisas por enquanto, mas concentre-se no cerne deste circuito. Pelo que entendi, a tensão entre o nó base e o nó emissor é variada, que é amplificada em última análise pelo transistor, fazendo com que uma versão invertida (versão amplificada) do sinal original apareça no nó coletor.

No momento, estou trabalhando em um livro; Sedra / Smith, Microeletrônica.

Ao longo do capítulo em que estou trabalhando, diz que na região ativa, Vbe é assumido como 0,7V . Isso simplesmente não faz sentido para mim, como o Vbe pode permanecer constante quando essa é a variável de entrada para um estágio de amplificador? Isso pode ter começado a fazer sentido para mim se eu estivesse olhando para um estágio CE com um resistor de emissor (degeneração de emissor), onde a tensão restante poderia cair através do resistor. Mas esse não é o caso, então me esclareça!

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Invertendo a equação atual do coletor:

rendimentos:

Por exemplo, deixe

Com esses valores, descubra que

Agora, dobre a corrente do coletor e descubra que

Aumentar a corrente do coletor em 100% apenas aumentou a tensão do emissor base 2,45%

Então, enquanto ele é não verdade que a tensão base-emissor é constante, não é uma má aproximação para considerá-lo constante ao longo de um grande intervalo de corrente de coletor.

Vbe em um transistor de silício, age como um diodo de silício. A Queda de Tensão Direta, depois que uma certa quantidade de corrente é passada, aumenta acentuadamente. Aumentar a corrente faz uma diferença insignificante de Vf nesse ponto.

Observe que o Vf é diferente para diodos de germânio e transistores, naturalmente.

O modelo de Ebers-Moll para a corrente do emissor em um transistor bipolar é:

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

Onde é a corrente de saturação do emissor, é a tensão térmica e é a base da tensão do emissor. Para um valor de (no intervalo típico para um pequeno dispositivo de silício de sinal), considere o seguinte gráfico Wolfram Alpha da equação acima:V t ≈ 26 m V V b e I e s = 10 - $I_e$$V_t\ \approx 26mV$$V_{be}$$I_{es} = 10^{-12}$

Gráfico de Ebers-Moll

O eixo Y é atual e está em uma escala logarítmica. Você notará que, para valores de na faixa de 0,55 a 0,7 volts, a corrente através do transistor tem uma faixa extremamente ampla - de microamperes na extremidade baixa a um amplificador na extremidade alta. Isto é devido ao comportamento exponencial da equação governante.$V_{be}$

Para fins de análise, supondo que o de um pequeno transistor de silício de sinal para quando está nessa faixa para quando na região ativa é uma suposição razoável, pois se o valor de fosse significativamente menor apenas uma corrente minúscula estaria fluindo através do transistor e, se fosse muito maior, o transistor teria que passar amperes de corrente, o que não é fisicamente possível para esse dispositivo. V b $V_{be}$$V_{be}$

Observe novamente que isso é apenas uma suposição para facilitar a análise; o de um dispositivo de silício de sinal pequeno específico em um circuito específico deve estar nessa faixa se estiver na região ativa, mas o valor real dependerá das especificações do circuito, parâmetros do dispositivo, temperatura e outros fatores.$V_{be}$

O circuito que você apresenta não é um bom exemplo de situação para aplicar essa simplificação, pois, como você diz, o do circuito é o único parâmetro definido pelo usuário. Você é livre para selecionar qualquer voltagem de entrada que desejar neste circuito, mas como o emissor está conectado diretamente ao terra, qualquer voltagem aplicada será o seu . Portanto, haverá apenas uma faixa estreita de tensões de entrada que permitirá que o circuito apresentado esteja na região ativa; um pouco para baixo e o transistor será cortado, um pouco alto demais e uma corrente enorme fluirá através da junção base-emissor, fazendo com que a tensão do coletor diminua devido ao resistor de carga, colocando o transistor em saturação. V b $V_{be}$$V_{be}$

O nível de Fermi é a energia média dos elétrons móveis (ou orifícios) no material semicondutor. Os níveis de Fermi são expressos em elétron-volts (eV) e podem ser vistos como representando a tensão vista pelos elétrons.

O silício intrínseco (e germânio) possui o nível de Fermi na metade do caminho entre a borda superior da banda de valência e a borda inferior da banda de condução.

Ao dopar o silício para o tipo P, você adiciona muitos furos. Agora você tem muito mais estados portadores disponíveis perto do topo da banda de valência, e isso empurra o nível de Fermi para perto da borda da banda de valência. Da mesma forma, quando você usa o tipo N, adiciona muitos elétrons, o que cria muito mais estados portadores disponíveis perto da banda de condução e empurra o nível de Fermi para perto da borda da banda de condução.

Para os níveis de dopagem normalmente encontrados em uma junção emissor-base, a diferença nos níveis de Fermi entre os lados P e N é de cerca de 0,7 elétron-volts (eV). Isso significa que um elétron que viaja de N a P libera 0,7 eV de energia (na forma de um fóton: é aqui que os diodos emissores de luz obtêm sua luz: os materiais e o doping são escolhidos de modo que a diferença nos níveis de Fermi na junção dá origem a fótons no comprimento de onda desejado, conforme determinado pela equação de Planck). Da mesma forma, um elétron que se move de P para N deve pegar 0,7 eV em algum lugar.

Em suma, Vbe é essencialmente apenas a diferença nos níveis de Fermi nos dois lados da junção.

Este é o material Semiconductors 101, pois você precisa entender isso antes de prosseguir. O fato de ser 101 não significa que seja simples ou fácil: são necessários dois semestres de cálculo, dois semestres de química, dois semestres de física e um semestre de equações diferenciais para estabelecer a base de pré-requisitos para a teoria dos semicondutores classe que explica tudo isso em detalhes sangrentos.

$V_{BE} = 0.7V$

$V_{BE}$

Boa pergunta. O Vbe frequentemente citado de 0,7V é apenas uma aproximação. Se você medir o Vbe de um transistor que está amplificando ativamente, ele mostrará um Vbe de 0,7V ou aproximadamente em um multímetro, mas se você pudesse ampliar esse 0,7, como é possível com um osciloscópio, você verá pequenas variações ao seu redor , portanto, a qualquer instante, pode ser 0,6989V ou 0,70021V, pois o sinal de entrada que fica nesse viés - aquele que você deseja amplificado - flutua sobre esse ponto de viés.

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

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

Sua pergunta é excelente.

Os transistores, somente em teoria, estão totalmente fechados para qualquer Ube <0,7V e totalmente abertos para qualquer Ube> = 0,7V. Em alguns transistores de baixa potência, esse Ube idealizado pode ser 0,6V ou 0,65V.

Na prática, o Ube pode variar de 0V a 3V ainda mais para transistores de alta potência. Na prática, os transistores ficam ligeiramente abertos para qualquer Ube> 0 e continuam a aumentar sua abertura com o aumento do Ube.

No entanto, como mencionado, a dependência do gelo ou, melhor dizendo, Rce de Ube é fortemente não linear após um determinado ponto e, portanto, o aumento de gelo não leva a um grande aumento de Ube, ainda assim existe.

Abaixo de 0,7V, o aumento de gelo pode ser um pouco linear e isso depende do transistor.

O Ube máximo no gelo máximo é facilmente de 2,5V a 3V para transistores de potência enormes e o gelo é superior a 25A.

Uma coisa é certa: em aplicações analógicas, a dependência do Ice da Ube deve ser definitivamente considerada, principalmente para transistores de alta potência ou alta corrente.

Dê uma olhada no 2N5302 que possui Ube = 3V em Ice = 30A e Uce = 4V.

No final desta postagem, você saberá como calcular o ganho de tensão de um bipolar.

Vamos examinar uma tabela de Vbe versus corrente de coletor, para um bipolar imaginário:

VBE Ic

0,4 1uA

0,458 10uA Observe 58mV mais Vbe fornece exatamente 10X mais atual.

0,516 100uA

0,574 1mA

0.632 10mA

0,690 100mA [o transistor está QUENTE, portanto a corrente pode fugir e derreter o transistor (um risco conhecido com bipolares polarizados com tensão de base constante)]

O transistor 0,748 1AMP está QUENTE

O transistor de 0,806 10Amps está QUENTE

Podemos realmente operar um transistor bipolar com corrente de coletor de 1uA a 10Amps? Sim, se for um transistor de potência. E em correntes mais altas, esta tabela fina - mostrando 58 miliVolts a mais de Vbe produz 10X mais corrente - perde a precisão porque o silício a granel tem uma resistência linear e os traçadores de curvas mostram isso.

Que tal mudanças menores que 58mV? Vbe Ic 0,2 volts 1nanoAmp (aprox. 3 fatores de 58mV abaixo de 1uA a 0,4v) 0,226 2,718 nanoAmp (os 0,026v de física fornecem E ^ 1 mais I) 0,218 2.000 nanoAmp 0,236 4.000 nanoAmp 0,254 8.000 nanoAmp (você encontrará N * 18mV em referências de tensão)

OK, mesas suficientes. Vamos ver o transistor bipolar semelhante aos tubos de vácuo ou MOSFETS ............... como transcondutores, onde alterações na tensão de entrada causam alterações na corrente de saída.

Os bipolares são divertidos de usar, porque conhecemos EXATAMENTE a transcondutância de qualquer bipolar, se conhecemos a corrente do coletor DC (ou seja, sem sinal CA de entrada).

Para abreviar, nós denominamos 'gM' ou 'gm', porque os bancos de dados de tubos de vácuo usavam a variável "transcondutância mútua" para explicar como a tensão da rede controlava a corrente da placa. Podemos honrar Lee deForest usando gm para isso.

O gm de um bipolar, a 25 graus centígrados, e sabendo que kt / q é de 0,026 volts, é -------> Ic / 0,026 e se a corrente do coletor é de 0,026 amps (26 milliAmps), o gm é de 1 amp por volt.

Assim, 1 milivolt de PP na base causa uma corrente CA do coletor 1milliAmp PP. Ignorando alguma distorção, que você pode prever usando o Taylor Series. Ou os escritos de Barry Gilbert sobre IP2 e IP3 para bipolares.

Suponha que tenhamos um resistor de 1 Koh do coletor a +30 volts, carregando 26 mA. O Vce é 30 - 1K * 26ma = 30 - 26 = 4 volts, portanto o bipolar está na região "linear". Qual é o nosso ganho?

O ganho é gm * Rcollector ou 1 amp / volt * 1.000 ohms ou Av = 1.000x.

Sua pergunta é:

como o Vbe pode permanecer constante quando essa é a variável de entrada para um estágio de amplificador?

A resposta fácil é que, bem, não é:

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

Mas agora vou tentar responder o que acredito ser sua dúvida real. Eu acho que você está misturando o conceito da análise DC e da análise de pequenos sinais do circuito.

O que você chama de "variável de entrada" tem, de fato, um componente AC em cima de um componente DC:

$V_{BE}$

Eu acho que agora você pode ver de onde vem sua confusão. Não se preocupe, é uma confusão bastante comum. Eu sempre pensei que a maioria dos professores e livros não faz um bom trabalho ao explicar como pensar em termos de análise de CD versus análise de pequenos sinais e quais suposições devem ser aplicadas em cada um.

Resumindo tudo:

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

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

Nota: você pode encontrar a fonte do diagrama acima aqui .