Mengapa BJT dianggap "dikendalikan saat ini"?

9

Dengan BJT, kita dapat mengontrol arus basis menggunakan Vin (dari diagram). Mengapa buku teks menyatakan bahwa BJT dikendalikan saat ini ketika jelas bahwa mengubah tegangan mengontrol arus melalui kolektor?masukkan deskripsi gambar di sini

Raj
sumber
bisakah Anda memposting jpg sebagai png dan menggunakan alat gambar? Atau menggambar sirkuit dengan alat pengeditan sirkuit?
Voltage Spike
7
Hanya untuk memperumit hidup Anda, BJT tidak dikendalikan saat ini. Lihat set lengkap persamaan model Ebers-Moll DC-only yang disederhanakan di sini (injeksi, pengangkutan, dan hybrid-pi non-linear): electronics.stackexchange.com/questions/252197/…
jonk
1
Ya ampun ... di sirkuit seperti yang digambarkan dalam gambar, tidak ada yang berpikir tentang model Ebers-Moll atau Hybrid-pi. Anda cukup banyak harus melakukan AVLSI untuk peduli dengan hal-hal itu.
vicatcu
1
@ Raj, hapus R1, dan kemudian kita akan melihat bahwa interior BJT memang dikendalikan oleh Vbe. Tetapi pendekatan desain itu sebagian besar untuk desain diff-amp diskrit (seperti bagian dalam amplifier audio DC-coupled modern.) Sebaliknya kita dapat mengabaikan fisika BJT interior, dan berpura-pura bahwa Ib menentukan Ic secara langsung , meskipun sebenarnya tidak . Ini juga menghindari keharusan berurusan dengan fungsi xfer nonlinear yang dihasilkan oleh sambungan dioda.
wbeaty

Jawaban:

10

Dalam rangkaian di atas, Vin mengendalikan arus yang menuju pangkalan, bukan penurunan tegangan pada basis dan emitor dari transistor itu sendiri.

Penurunan voltase melintasi Vbe akan selalu sekitar 0,7V untuk Vin> 0,7; kelebihan voltase akan jatuh melintasi R1.

Dengan mengubah Vin, Anda sebenarnya mengendalikan arus yang menuju ke basis berdasarkan persamaan:

IB=(Vin0.7V)/R1
mmize
sumber
4
Nitpick: penurunan voltase di Vbe akan selalu ada di sekitar apa pun yang dikatakan datasheet, yang bisa serendah 0,3V untuk beberapa BJT.
Dmitry Grigoryev
4
Apa yang sebenarnya terjadi adalah sebagai berikut: R1 menyadari - bersama dengan jalur basis-emitor - pembagi tegangan. Dan tegangan sinyal Vin menyebabkan penurunan tegangan yang sesuai di jalur BE yang mengontrol arus kolektor. Oleh karena itu, BUKAN basis arus Ib yang menentukan Ic. Justru kebalikannya yang benar: Ib dan Ic keduanya disebabkan oleh Vbe.
LvW
3
Kalimat pertama adalah palsu dan persamaan yang diberikan di akhir adalah sebuah pendekatan yang mengabaikan ketergantungan logaritmik dari di . Jadi, sementara memang benar bahwa tidak banyak berubah, tidak benar bahwa tidak berubah sama sekali. I B V B E = V T ln β I BVBEIB VBEVBE
VBE=VTlnβIBIS
VBEVBE
Alfred Centauri
2
Saya tidak yakin mengapa jawaban ini adalah yang berperingkat teratas. Ini merupakan perkiraan yang baik tetapi tidak menjawab pertanyaan OP tentang mengapa (atau mengapa tidak) saat ini dikendalikan.
efox29
1
@ lvw itu disebut sumber arus, yang dijelaskan mmize. Arus diperbaiki. Ini bukan pembagi tegangan karena vbe tidak benar-benar berubah berdasarkan perubahan vin, yang merupakan definisi pembagi tegangan.
Analog Arsonist
8

Pembukaan

Mari kita mulai dengan sedikit penyimpangan: apa yang membuat generator menjadi generator saat ini alih-alih generator tegangan? Lihatlah karakteristik VI: yang sebagian besar tegangannya konstan (hampir horisontal di bidang IV) akan disebut generator tegangan, yang sebagian besar arusnya konstan (hampir horisontal di bidang VI) akan disebut generator arus.

model generator tegangan

model generator saat ini

(Gambar diambil dari situs web Tutorial Elektronik)

Ini karena 'aksen' adalah pada kuantitas konstan (tegangan atau arus yang dipasok - sedangkan kuantitas lainnya bervariasi tergantung pada beban dan kepatuhan generator). (Catatan 1)

Dalam perangkat yang dikendalikan, aksennya pada kuantitas variabel. Mengingat karakteristik input eksponensial, yang membuat Vbe hampir konstan, saat ini Anda ingin melihat sebagai variabel pengontrol. Ini adalah konsekuensi langsung dari penyebaran kesalahan: ketika Anda memiliki fungsi curam, kesalahan kecil dalam jumlah yang hampir konstan x akan berubah menjadi kesalahan yang jauh lebih besar dalam jumlah yang sangat bervariasi q (dan sebaliknya).

propagasi kesalahan dengan fungsi curam

Gambar diambil dari "Pengantar analisis kesalahan", Taylor dan terdistorsi agar sesuai dengan tujuannya

Intinya adalah bahwa lebih mudah untuk membedakan antara 10 e 40 uA (rasio 1 banding 4) daripada memisahkan 0,65 dan 0,67 V (rasio 1 hingga 1,03). (Catatan untuk pikiran yang kurang fleksibel: seperti nilai yang lebih ekstrem yang saya gunakan sebelum pengeditan ini, ini adalah nilai yang dibuat untuk menunjukkan kontras antara perubahan yang terlihat dalam apa yang ingin Anda lihat sebagai variabel pengendali - arus yang memasuki basis - dan perubahan lemah pada tegangan antara basis dan emitor).

Hal paling sederhana

Anda dapat melihat mengapa itu disebut kontrol saat ini dengan mendorongnya ke batas dengan mengadopsi model paling sederhana untuk BJT, seperti yang ditunjukkan oleh Chua, Desoer dan Kuh dalam "Sirkuit Linear dan Nonlinier" mereka: dalam gambar berikut, semua dioda ideal ( ambang tegangan adalah nol, dan begitu juga resistansi seri, ini adalah sirkuit terbuka sempurna ketika bias terbalik dan celana pendek sempurna ketika bias maju).

model linear piecewise sederhana untuk BJT

E0 menambahkan tegangan ambang ke karakteristik input, sementara aksi transistor dinyatakan oleh ic = beta * ib. Perhatikan bahwa generator arus yang dikendalikan arus. Berikut adalah karakteristik input dan output yang sesuai

karakteristik linear piecewise sederhana untuk BJT

Cukup sederhana, bukan? Anda dapat membandingkannya dengan karakteristik aktual dan melihat bahwa mereka mirip dengan mereka. Sederhananya, ini adalah model yang sah dan dapat digunakan untuk memodelkan sirkuit di mana, dengan mengubah ib (Anda tidak dapat mengubah Vbe dalam model ini, karena sudah diperbaiki) Anda mengubah nilai Ic. Anda dapat melihat bagaimana Anda dapat membuat ib berubah dengan memotong karakteristik input dengan garis beban input

garis beban di sirkuit input

Dengan mengubah E1 (bukan bagian dari BJT) Anda mengubah ib (bagian dari BJT). Kemudian Anda dapat menemukan nilai ic yang sesuai dengan nilai ib itu, pilih karakteristik output yang sesuai dan menemukan tegangan dengan berpotongan dengan garis beban keluaran.

garis beban di sirkuit output

Seseorang akan melompat di kursinya sambil berteriak " APA? Anda menggunakan beta untuk merancang penguat untuk dimasukkan ke dalam produksi di seluruh dunia untuk aplikasi nuklir yang kritis? Juga, dari mana Anda pikir beta berasal? Selain itu, tidak tahukah Anda bahwa beta dapat berubah sebanyak sebanyak gazillions sembilan belas persen hanya dengan melihatnya? "

Intinya adalah bahwa untuk transistor yang diberikan Anda memiliki nilai beta yang cukup jelas (Anda dapat mengukurnya sebelumnya, jadi tidak masalah jika lot produksi menunjukkan dispersi yang memalukan) dan jika Anda tidak berjalan terlalu jauh, Anda dapat mengabaikannya variasinya dengan parameter listrik lainnya. Perhatikan bahwa ini adalah model sederhana yang tidak memodelkan variasi beta dengan suhu, arus, atau bahkan warna rambut; itu adalah model yang disederhanakan yang menangkap inti dari tindakan transistor, banyak dengan cara yang sama seperti "manusia transistor" yang terkadang dicerca dari The Art of Electronics.

Dapatkah Anda menemukan frekuensi cutoff dari transistor dari model ini? Nggak. Bisakah Anda menjelaskan efek awal dengan model ini? Nggak. Bisakah Anda menjelaskan resistensi diferensial dari persimpangan BE dengan model ini? Nggak. Bisakah Anda menjelaskan produksi pasangan muatan karena radiasi? Nggak. Bisakah Anda menjelaskan kuantisasi bidang kedua dan pembengkokan ruangwaktu? Nggak.

Apakah ini berarti bahwa model ini sama sekali tidak berguna? Nggak. Perilaku yang sangat disederhanakan dari model ini menunjukkan mengapa banyak buku teks menyatakan bahwa BJT saat ini dikendalikan. Karakteristik input aktual menyerupai garis vertikal di mana Anda hanya dapat memvariasikan ib, dan bukan vbe, yang nilainya dianggap tetap. (Dan inilah mengapa saya melakukan penyimpangan itu pada awal jawaban ini).

Anda mungkin ingin membandingkan model paling sederhana untuk MOSFET: halaman 151 dari Chua memiliki yang juga.

karakteristik MOSFET paling sederhana

Seperti yang Anda lihat, arus gerbang ditetapkan (nol untuk menjadi bertele-tele), suatu kondisi ganda yang ditunjukkan dalam BJT: karakteristik input VI adalah horisontal. Satu-satunya kontrol yang Anda miliki di sini adalah melalui vgs. Apakah ini berarti kita meniadakan keberadaan efek terowongan? Tidak, ini hanya model. Model yang disederhanakan yang, antara lain, tidak mempertimbangkan tunneling tetapi masih berhasil menunjukkan mengapa dalam MOSFET Anda bertindak pada tegangan sumber gerbang.

Sejauh ini kita telah melihat bagaimana hubungan (disederhanakan) antara ib dan ic dapat dilihat sebagai kontrol ic melalui ib, melalui beta. Tapi kita juga bisa menggunakan alpha, kenapa tidak? Izinkan saya mengutip, kata demi kata, buku teks lain yang mempertimbangkan perangkat terkontrol BJT saat ini: "Fisika Quantum Atom, Molekul, Padatan, Nuklei dan Partikel 2e", oleh Eisberg dan Resnick, p. 474 (pada halaman 475 ditunjukkan konfigurasi basis umum):

Gagasan dasar dari aksi transistor adalah bahwa arus dalam rangkaian emitor mengendalikan arus dalam rangkaian kolektor. Lebih dari 90% arus mengalir melalui emitor, sehingga arusnya sama besar. Tetapi tegangan melintasi basis-kolektor dapat jauh lebih besar daripada yang melintasi koneksi basis-emitor, karena yang pertama adalah bias terbalik, sehingga output daya di sirkuit kolektor bisa sangat jauh lebih besar daripada input daya di sirkuit emitor . Karenanya transistor bertindak sebagai penguat daya.

Apakah kedua pria ini tidak menyadari peran yang dimainkan oleh mekanika kuantum dalam teori band padatan? Apakah mereka belum pernah mendengar statistik kuantum? Apakah mereka tahu apa itu lubang (belum lagi tempco)? Mungkinkah mereka lupa bahwa menerapkan tegangan dapat mengubah profil tingkat energi yang dikaitkan dengan pita valensi dan konduksi? Saya kira tidak. Mereka hanya memilih model yang lebih sederhana untuk menjelaskan bagaimana seseorang dapat menafsirkan tindakan transistor yang disebut.

Artis Bruno Munari pernah berkata: " Merumitkan itu sederhana, menyederhanakan itu rumit ... Semua orang bisa rumit. Hanya sedikit yang bisa menyederhanakan ". Di antara yang lain, Chua, Desoer, Kuh, Eisberg, dan Resnick memilih untuk menyederhanakan.

Siapa yang bermain di base, pertama?

Sekarang, kembali ke (hampir) transistor nyata. Ini adalah karakter vbe pertama yang saya buat setelah pencarian gambar Google :

vbe-ib karakteristik

Tidak tahu apakah itu asli, tetapi terlihat masuk akal. Hal yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa ketika ib berubah sangat besar, dengan 100-an persen, kita akan berubah dengan jumlah yang relatif kecil, hanya beberapa persen. Ini karena hubungan eksponensial dari persimpangan BE. Katakanlah Anda ingin menggunakan BJT ini untuk menghasilkan 10 mA pada hari ganjil dan 15 mA pada hari genap. Anda memiliki laboratorium Jerman yang mengukur beta dari transistor tertentu di tangan Anda dan hasilnya 250 lebih dari kisaran bunga. Katakanlah Anda memiliki generator arus dan tegangan dengan akurasi 10%.

Kontrol saat ini : Anda dapat menggunakan ic = beta ib untuk menemukan nilai ib yang harus Anda atur. Nilai nominal 10 dan 15 mA ic membutuhkan nilai nominal 40 e 60 uA untuk ib. Mengingat keakuratan generator Anda saat ini, Anda akan melihat kisaran arus input dan output berikut:

ib = 36-44 uA -> ic = 9-11 mA ib = 54-66 uA -> ic = 13.5-16.5 mA

Kontrol tegangan : Anda tidak percaya pada beta, jadi Anda harus menentukan tegangan yang menghasilkan vbe ... Ya, apa? Bacalah pada grafik di atas (tetapi kemudian Anda harus menerima hubungan ic = beta ib yang mengerikan). Saya kira Anda harus menggunakan model Ebers-Moll untuk menghitung nilai dengan nilai yang diinginkan untuk ic. Tapi katakanlah kita menentukan itu tepat 0,65 dan 0,67V (sama seperti saya telah menggunakan nilai yang tepat untuk beta, di atas) Ketika kita mencoba untuk mengatur nilai-nilai yang tepat, generator akurat 10% buatan Cina kita akan memasok kisaran tegangan berikut

0,585 - 0,715 V -> kembali ke Ebers-Moll, untuk menghitung ic, ... terlalu buruk ketidakpastiannya akan diperparah ...

0,603 - 0,737 V -> tidak, tunggu, sebelum menghitung ...

... tampaknya kami sudah memiliki superposisi dalam rentang tegangan yang kami suplai: kami mungkin tidak dapat membedakan hari yang genap dengan yang ganjil.

Saya kira lebih baik menggunakan basis arus sebagai sarana untuk mengontrol arus kolektor.

Dengan kontrol saat ini, bahkan jika saya membiarkan kesalahan 10% pada nilai beta yang diukur, saya masih bisa (nyaris, tetapi masih) melihat dua rentang arus (8,10-12,10 mA vs 12,15-18,15 mA) yang sesuai dengan ganjil dan bahkan berhari-hari.

Dengan kontrol tegangan, jika Anda menambahkan 10% kesalahan pada nilai tegangan yang dihitung (atau dibaca dari diagram) (dan saya bersikap murah hati karena kesalahan itu akan diperkuat), Anda sudah hilang dalam ketidakpastian. Ini adalah teori propagasi kesalahan dasar.

Istirahat

Posting ini membutuhkan waktu, saya akan kembali lagi untuk menambahkan sesuatu yang lebih. Izinkan saya menjawab pertanyaan perang agama yang mungkin Anda saksikan. Tentang apa itu semua?

Transistor adalah perangkat solid state yang pekerjaan dalamnya perlu dijelaskan dengan menggunakan hukum fisika kuantum. Mengingat struktur pita tingkat energi pembawa listrik dalam padatan, adalah wajar untuk menggunakan tingkat energi untuk menggambarkan cara kerja perangkat-perangkat ini. Energi dan potensi saling terkait erat satu sama lain, sehingga sebagian besar model cenderung menyatakan jumlah yang relevan dalam fungsi potensi (perbedaan). Alasan saya menulis

Catatan: Ketergantungan pada Vbe yang ditunjukkan dalam model Ebers-Moll tidak menyiratkan hubungan sebab-akibat. Hanya lebih sederhana untuk menulis persamaan dengan cara itu. Tidak ada yang melarang Anda menggunakan fungsi terbalik.

adalah tegangan dan arus yang terkait erat juga: mereka digabungkan jumlah dari jenis aliran usaha, sehingga pada dasarnya Anda tidak dapat memiliki satu tanpa yang lain. Ini adalah masalah yang rumit, dan saya kira kita juga harus mempertimbangkan apa artinya menciptakan perbedaan tegangan. Apakah itu tidak diciptakan oleh perpindahan muatan (oleh reaksi elektrokimia dalam baterai, oleh interaksi elektromagnetik dalam generator mekanik). Saya menduga bahwa pada akhirnya semua perangkat pada dasarnya dikendalikan oleh biaya: Anda memindahkan biaya dari sini ke sana dan mendapatkan efek tertentu.

Saya curiga tentara salib 'kontrol tegangan' mengasumsikan rekan 'kontrol saat ini' telah mempelajari elektronik pada buku-buku Forrest Mims dan belum pernah melihat buku fisika kuantum, keadaan padat, atau perangkat semikonduktor. Mereka tampaknya mengabaikan makna mengendalikan variabel sebagai variabel yang dipilih untuk mengatur untuk menjalankan kontrol. Saya harap kutipan dari Eisberg & Resnick (dua fisikawan 'solid' jika Anda mengizinkan saya permainan kata) akan menunjukkan kepada mereka bahwa ini bukan masalahnya.


Catatan (1) Kurva generator ideal hanya itu: ideal. Cobalah untuk membayangkan transisi dari generator tegangan ideal ke generator arus ideal yang melewati generator tegangan baik, sedang dan buruk, kemudian generator jelek, rata-rata dan bagus.

Sredni Vashtar
sumber
Dalam Catatan Anda, kalimat pertama benar-benar salah! Model Ebers-Moll tidak "menyiratkan" sesuatu - sebaliknya, itu sebenarnya hubungan sebab-akibat. Silakan berkonsultasi dengan dokumen paten W. Shockleys. Anda benar, Anda selalu dapat membuat fungsi terbalik (di atas kertas) - lalu apa? Apakah Anda pikir Anda dapat menukar sebab dan akibat di atas kertas? By the way: Apakah Anda pernah merancang tahap transistor (karena Anda menyebutkan beberapa tegangan Vbe lucu). Apakah Anda terbiasa dengan degenerasi emitor (umpan balik VOLTAGE yang dikontrol saat ini)?
LvW
3
Saya mengarang nilai-nilai itu untuk memberi contoh perbedaan antara mencoba menetapkan nilai dekat veeeeeery veeeeeery vebeeeery dan nilai-nilai Ib yang dapat dilihat (saya juga menambahkan dalam komentar edit bahwa saya ingin membuat nilai-nilai itu lebih ekstrem). Saya tidak ingin membuang waktu untuk menemukan nilai-nilai yang masuk akal, tetapi nanti bagi mereka yang tidak memiliki fleksibilitas mental yang cukup, saya akan menambahkan satu atau dua gambar. Seperti yang saya tulis di atas: cobalah untuk mengontrol BJT dengan menghapus Rb dan dengan memasok tegangan murni ke Vbe. Semoga berhasil. (Oh, omong-omong: model yang disederhanakan tidak dapat digunakan untuk menjelaskan tegangan Awal juga.).
Sredni Vashtar
Sepertinya Anda telah mengabaikan saya menyebutkan tentang degenerasi emitor. Lebih dari itu, apakah saya berbicara tentang memasok "tegangan murni" ke pangkalan? Anda harus berusaha bersikap adil. Seperti yang telah Anda sebutkan efek awal. Apakah Anda sadar bahwa penjelasan tentang efek ini meningkatkan kontrol tegangan? Pernahkah Anda mendengar tentang tempco -2mV / K? Pernahkah Anda memikirkan arti dari nilai ini?
LvW
1
Saya suka komentar ini: Ketergantungan pada Vbe yang ditunjukkan dalam model Ebers-Moll tidak menyiratkan hubungan sebab-akibat. Hanya lebih sederhana untuk menulis persamaan dengan cara itu. Tidak ada yang melarang Anda menggunakan fungsi terbalik
jbord39
2
@LvW apa yang Anda lakukan secara teknis disebut "mutatio controversiae". Ini adalah teknik yang terkenal. Saya sarankan Anda membaca kembali posting saya dengan lebih banyak perhatian, terutama kutipan dari Munari. BTW, mengenai rangkaian dalam pertanyaan (bukan yang lain, satu dalam pertanyaan), Anda masih belum mengatakan nilai vbe apa yang akan Anda tetapkan untuk menghasilkan 10 e 15 mA dalam arus kolektor (dan bagaimana Anda berencana untuk mengaturnya ). Mengapa demikian?
Sredni Vashtar
5

Secara umum Anda bisa membayangkan BJT menjadi sumber arus yang dikontrol saat menemukan titik bias dalam aplikasi linier (sinyal besar). IC=βIB

Lebih berguna untuk menganggapnya sebagai sumber arus yang dikontrol tegangan ketika Anda melakukan analisis sinyal kecil, seperti untuk amplifier - menggunakan mode pi hibrida l.

masukkan deskripsi gambar di sini

Tidak ada yang sangat berguna ketika Anda mengevaluasi aplikasi switching karena arus basis akan cukup tinggi sehingga arus kolektor ditentukan oleh sirkuit eksternal dan bukan oleh karakteristik transistor (yang pertama agak membantu dalam memastikan kondisi itu ada).

Spehro Pefhany
sumber
Spehro Pefhany, mengenai kalimat pertama Anda: Saya pikir, untuk penentuan titik bias kita tidak boleh "secara umum" membayangkan bahwa BJT akan dikontrol saat ini. Metode pembiasan klasik menggunakan pembagi tegangan pada basis node tentu didasarkan pada tampilan kontrol tegangan.
LvW
@ LvW Jika Anda menganggap Vbe diperbaiki pada 0,6 atau 0,7 V dan mengevaluasi penurunan tegangan dari pembagi berdasarkan Ic dan Anda akan mendapatkan jawaban yang benar, cukup dekat untuk sebagian besar tujuan. β
Spehro Pefhany
1
Seni Elektronik II membahas masalah ini secara mendalam, memberikan contoh kegagalan desain yang disebabkan oleh "the hfe-think" yang diajarkan oleh sebagian besar teks lain. Masalah utama adalah variabilitas hfe di antara transistor, dan di kisaran suhu yang besar. Mengandalkan hfe baik untuk desain hobi sekali pakai yang tetap pada 20C deg. Tetapi dalam produk yang diproduksi secara massal dengan transistor hfe antara 80-300, dan rentang suhu otomotif, sebagian besar akan gagal kecuali efek hfe dapat dihilangkan (dihilangkan menggunakan filosofi desain berbasis tegangan yang umum untuk op-amp jeroan).
wbeaty
@wbeaty: ada apa dengan perang salib fisika BJT? OP bertanya mengapa itu dianggap sebagai perangkat yang dikendalikan saat ini, bukan HARUS dianggap perangkat yang dikendalikan saat ini. Plus jawabannya menyebutkan ini untuk analisis sinyal besar.
jbord39
@wbeaty Tidak jarang untuk menentukan bak beta lebih dekat dalam produksi volume. Misalnya, C1815Y (sangat populer dalam desain Jepang) memiliki kisaran 120-240.
Spehro Pefhany
4

BJT tidak dikendalikan saat ini, tetapi, untuk perkiraan yang berguna, berperilaku seperti itu. Di bawah model BJT yang lebih akurat, seperti Ebers-Moll , arus kolektor bukanlah fungsi dari arus basis tetapi dari tegangan basis ( ).VBE

Kaz
sumber
1
Ini sangat berguna perkiraan bahwa setiap lembar data BJT yang pernah Anda lihat akan mencirikan beta.
vicatcu
1
Ya - beta ditentukan. Terus ? Dari fakta ini, apakah Anda benar-benar memperoleh bahwa BJT akan dikendalikan oleh arus basis? Atau Anda punya argumen lain? Saya ragu.
LvW
2
@vicatcu Perangkat dapat dikarakteristikkan dalam beberapa cara, termasuk parameter yang fiktif, atau fungsi lainnya, parameter yang lebih utama.
Kaz
7
@ Ka: Saya pikir itu salah untuk mengatakan BJT tidak dikendalikan saat ini hanya karena arus basis dapat dinyatakan sebagai fungsi dari tegangan basis-emitor. Sebenarnya itu adalah saat ini dikendalikan karena hal-hal saat secara fisik dasar. Kalau tidak, Anda juga bisa mengatakan BJT dikontrol suhu, bukan dikendalikan saat ini ...
Curd
1
> ... akan mengkarakterisasi beta. Ya, mereka menjamin bahwa nilai untuk HFE jatuh di suatu tempat antara 80 dan 300!
wbeaty
4

Jawaban lain telah menyatakan pendapat tentang apakah BJT dikontrol tegangan atau dikontrol arus atau keduanya. Dalam jawaban saya, saya ingin membahas ini:

ketika jelas bahwa mengubah tegangan mengontrol arus melalui kolektor?

Pertimbangkan rangkaian alternatif berikut:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Bukankah tidak jelas itu

IC=βDCIB

dan

ic=βacib

dan dengan demikian bahwa arus basis mengontrol arus melalui kolektor?

Ya, Anda mungkin keberatan bahwa mengubah tentu saja mengubah dll. Tetapi itu adalah pedang bermata dua karena keberatannya bekerja dua arah, yaitu, perubahan dalam tentu saja mengubah .IBVBEVBEIB

Jadi tidak , tidak jelas , dengan contoh Anda, bahwa BJT dikendalikan tegangan.


Tambahan: ada sedikit argumen dalam komentar mengenai pertanyaan apakah arus kolektor BJT 'berdiri sendiri' secara fundamental dikendalikan oleh atau . Sangat mudah untuk mengkonfirmasi dengan SPICE bahwa seseorang dapat mengontrol arus kolektor dengan mengendalikan arus basis dengan sumber arus:vBEiB

masukkan deskripsi gambar di sini

Demikian pula, seseorang dapat mengkonfirmasi bahwa seseorang dapat mengontrol arus kolektor dengan mengendalikan tegangan basis-emitor dengan sumber tegangan.

Terlepas dari itu, beberapa pengguna telah dengan kuat menyatakan posisi mereka bahwa arus kolektor BJT jelas - jelas dikontrol tegangan dan untuk menyarankan sebaliknya berada di luar batas.

Sudah lama sejak saya mempelajari fisika keadaan padat jadi saya memutuskan untuk berkonsultasi dengan perpustakaan saya tentang buku teks EE. Buku teks pertama yang saya tarik dari rak adalah " Perangkat Elektronik Solid State ", 3rd Ed.

Berikut ini kutipan ekstensif dari bagian 7.2.2:

Masih harus ditunjukkan bahwa arus kolektor dapat dikontrol oleh variasi dalam arus kecil .iCiB

Dalam diskusi ke titik ini, kami telah menunjukkan kontrol oleh arus emitor , dengan arus basis dicirikan sebagai efek samping kecil. Bahkan, kita dapat menunjukkan dari argumen netralitas muatan ruang bahwa memang dapat digunakan untuk menentukan besarnya .iCiEiBiC

Mari kita perhatikan transistor pada Gambar 7-6, di mana ditentukan oleh rangkaian biasing. Untuk kesederhanaan, kami akan menganggap efisiensi injeksi emitor satu dan arus saturasi kolektor diabaikan. Karena daerah dasar tipe-n netral secara elektro-statis antara kedua daerah transisi, keberadaan lubang berlebih dalam perjalanan dari emitor ke panggilan pengumpul untuk mengkompensasi kelebihan elektron dari kontak dasar.iB

Namun, ada perbedaan penting dalam waktu yang dihabiskan elektron dan lubang di dasarnya. Kelebihan rata-rata lubang menghabiskan waktu , didefinisikan sebagai waktu transit dari emitor ke kolektor. Karena lebar basis dibuat kecil dibandingkan dengan , waktu transit ini jauh lebih kecil daripada rata-rata lubang seumur hidup .τtWbLpτp

Di sisi lain, rata-rata kelebihan elektron yang dipasok dari kontak basis menghabiskan detik dalam basis yang memasok netralitas biaya ruang selama masa berlebih lubang rata-rata. Sementara elektron rata-rata menunggu detik untuk rekombinasi, banyak lubang individual dapat masuk dan meninggalkan wilayah basis, masing-masing dengan waktu transit rata-rata . Khususnya, untuk setiap elektron yang masuk dari kontak dasar, lubang dapat berpindah dari emitor ke kolektor sambil mempertahankan netralitas biaya ruang. Dengan demikian rasio arus kolektor ke arus basis sederhanaτpτpτtτpτt

iCiB=β=τpτt

untuk dan arus saturasi kolektor yang dapat diabaikan.γ=1

Jika pasokan elektron ke pangkalan dibatasi, lalu lintas lubang dari emitor ke pangkalan berkurang. Ini dapat diperdebatkan hanya dengan mengandaikan bahwa injeksi lubang tidak berlanjut meskipun ada pembatasan pada elektron dari kontak basa. Hasilnya akan menjadi penumpukan bersih muatan positif di pangkalan dan hilangnya bias ke depan (dan karenanya hilangnya injeksi lubang) di persimpangan emitor. Jelas, pasokan elektron melalui dapat digunakan untuk menaikkan atau menurunkan aliran lubang dari emitor ke kolektor.(iB)iB

Sekarang saya hampir yakin bahwa mereka yang dengan kuat di kamp kontrol tegangan akan menafsirkan ini sebagai konfirmasi posisi mereka seperti halnya mereka yang kuat di kamp kontrol saat ini. Jadi saya akan membiarkannya begitu saja. Biarkan gonggongan dimulai ...

Alfred Centauri
sumber
1
Mereka membingungkan "pola pikir superior untuk desain analog yang tepat mempertimbangkan variasi proses" dengan "cara yang masuk akal untuk memikirkan hal-hal"
jbord39
3

Saya pikir Anda mendapatkannya mundur. mengendalikan melalui hukum Ohm (dengan asumsi penurunan tegangan pada basis kecil): . BJT pada gilirannya dikendalikan oleh arus ini: .VinIBIB=Vin/R1IC=βIB

Pada akhirnya ada hubungan linear antara dan , tetapi ini hanya berlaku selama tetap konstan. Karena bukan bagian dari BJT, Anda tidak dapat mengasumsikan apa pun ketika membahas karakteristik BJT, dan Anda tidak dapat mengatakan BJT dikendalikan oleh . I C R 1 R 1 V i nVinICR1R1Vin

Mungkin sebuah contoh akan menjelaskannya dengan lebih baik. Bayangkan saya mengendarai mobil, dan kecepatannya tergantung pada seberapa keras saya mendorong gas dan berapa lama. Tetapi saya tidak ingin mendapatkan denda, jadi saya selalu menghormati batas kecepatan. Sekarang Anda datang dan berkata:

Mengapa mereka mengatakan mobil dikendalikan oleh pedal gas, padahal kecepatannya tergantung pada benda logam datar dengan angka dicat pada mereka?

Jadi apa yang Anda katakan adalah benar dalam kasus khusus ini, tetapi itu tidak mengubah fakta bahwa mobil tidak peduli sedikit pun tentang benda logam datar di sekitarnya.

Dmitry Grigoryev
sumber
jadi R1 bervariasi menurutmu
Raj
Penurunan tegangan pada pangkalan biasanya 0,6-0,7V
vicatcu
2
R1 adalah eksternal untuk BJT kataku.
Dmitry Grigoryev
@vicatcu Saya akan mengatakan itu biasanya 0,3-0,7V, dan ya, itulah yang saya sebut kecil demi kesederhanaan.
Dmitry Grigoryev
1
@ Horta Saya mencoba membuat kutipan saya lebih ramah-internasional.
Dmitry Grigoryev
2

Jika Anda membuat Vin sebuah konstanta dan R1 sebuah variabel, apakah Anda akan mengatakan bahwa BJT adalah perangkat yang dikontrol tahanan?

Dalam pengaturan Anda, Anda tampaknya memiliki kontrol tegangan dan mengamatinya dapat mempengaruhi arus kolektor. Masuk akal untuk menggunakan ini sebagai bukti arus rangkaian ini dikontrol tegangan, tetapi tidak masuk akal untuk mengatakan ini berarti bahwa semua BJT dikontrol tegangan.

Anda harus membuat perbedaan antara keseluruhan sistem dan komponen dalam sistem, bahkan ketika itu adalah komponen yang paling menarik atau bahkan satu-satunya yang tampak menarik.


sumber
1
Mengenai masalah kontrol, penting untuk membedakan antara (1) transistor "telanjang" (perangkat transkonduktansi yang dikontrol tegangan) dan (2) sirkuit kerja, yang terdiri dari BJT dan resistor di sekitarnya. Sirkuit seperti itu dapat (bisa, tetapi tidak harus) dilihat sebagai arus yang dikendalikan. Ini adalah kasus ketika dalam contoh di atas resistor seri R1 sangat besar jika dibandingkan dengan resistansi input transistor pada basis node.
LvW
2

Saya pikir masuk akal untuk memanggil arus BJT yang dikendalikan ketika Anda membandingkannya dengan MOSFET.

MOSFET memiliki gerbang, dan semakin tinggi tegangan pada gerbang (yang pada dasarnya tidak menarik arus), semakin tinggi konduktansi dari sumber drain->. Jadi, ini adalah perangkat yang dikendalikan tegangan.

Kalau tidak,

BJT memiliki basis. Semakin tinggi konduktansi dari kolektor ke emitor, semakin tinggi arus basis.

Sebagai contoh praktis yang sangat menyoroti perbedaannya:

  • Memori Flash

Topologi memori ini tidak mungkin diimplementasikan dengan BJT, karena arus basis konstan diperlukan untuk konduksi. Dalam MOSFET, biaya dapat disuntikkan ke gerbang terisolasi. Jika mereka disuntikkan, mereka akan tinggal di sana, dan terus melakukan MOSFET sepanjang waktu. Konduktansi ini (atau ketiadaannya, jika tidak ada biaya yang disuntikkan) dirasakan, dan digunakan untuk membaca bit-state yang disimpan.

jbord39
sumber
Maaf - ini bukan deskripsi yang benar tentang prinsip kerja BJT. Pernahkah Anda mendengar tentang persamaan eksponensial Shockley Ic = f (Vbe)? Apakah Anda tahu bahwa transconductance gm = d (Ic) / d (Vbe) adalah parameter kunci untuk proses amplifikasi? Apakah Anda tahu bahwa dua transistor berbeda dengan nilai beta yang berbeda (100 dan 200) akan memberikan penguatan tegangan yang sama (Ic arus diam yang identik)?
LvW
@ LVW Saya pikir titik jbord39 adalah membuat Anda tidak dapat memiliki tegangan tanpa arus dan sebaliknya. Oleh karena itu, dengan definisi yang paling ketat, tidak ada yang benar-benar dapat menjadi perangkat yang dikendalikan oleh arus atau tegangan (sendiri). Karena itu ia mencoba menjawab pertanyaan mengapa buku pelajaran bahkan membuat perbedaan. Output A BJT sangat tergantung pada input saat ini tidak seperti MOSFET, yang saya asumsikan mengapa buku teks menyatakan bahwa perangkat tertentu dikendalikan saat ini atau tegangan (ketika pada kenyataannya itu tidak pernah benar-benar terjadi).
horta
horta, itu tidak benar bahwa output BJT `s sangat tergantung pada input saat ini. Setiap buku dan laman beranda (!!!) yang andal dari universitas terkemuka AS dapat memberi tahu Anda yang sebaliknya. Tidak ada yang menyangkal bahwa arus basis memang ada tetapi dapat dilihat hanya sebagai "gangguan atau cacat" (seperti yang disebutkan oleh spesialis BJT terkenal Barrie Gilbert).
LvW
@ LVW: Selain itu pertanyaannya bukan "Apakah arus BJT dikendalikan" tetapi " Mengapa BJT dianggap dikendalikan saat ini".
jbord39
3
@LvW electronics.stackexchange.com/questions/201533/... Karena tegangan dan arus pada perangkat tidak ada tanpa satu sama lain, Anda tidak dapat mengatakan bahwa BJT benar-benar perangkat yang dikontrol tegangan. Bahkan model Ebers-Moll tidak lebih dari sebuah model (sebuah perkiraan yang digunakan manusia untuk meringkas detail-detail berantakan dari dunia nyata).
horta
1

Hingga kini, saya menghitung 10 jawaban dan banyak komentar. Dan lagi-lagi saya telah belajar bahwa pertanyaan apakah BJT bertegangan-atau terkontrol saat ini tampaknya menjadi masalah agama. Saya khawatir, si penanya (" Mengapa buku teks menyatakan bahwa BJT saat ini dikendalikan ") akan bingung karena begitu banyak jawaban yang berbeda. Ada yang benar dan ada yang sama sekali salah. Karena itu, demi kepentingan si penanya, saya ingin merangkum dan mengklarifikasi situasi.

1) Apa yang saya tidak akan pernah mengerti adalah fenomena berikut: Tidak ada bukti tunggal bahwa Ic saat ini kolektor dari BJT akan dikendalikan / ditentukan oleh basis arus Ib. Namun demikian, masih ada beberapa orang (bahkan insinyur!) Yang berulang-ulang mengulangi bahwa BJT - dalam pandangan mereka - akan dikontrol saat ini. Tetapi mereka hanya mengulangi pernyataan ini tanpa bukti - tidak mengejutkan, karena tidak ada bukti dan tidak ada verifikasi.

Satu-satunya "justifikasi" selalu hubungan sederhana Ic = beta x Ib. Tetapi persamaan seperti itu tidak pernah bisa memberi tahu kita apa pun tentang sebab dan akibat. Lebih dari itu, mereka lupa / mengabaikan bagaimana persamaan ini awalnya diturunkan: Ic = alpha x Ie dan Ie = Ic + Ib. Karenanya, Ib hanyalah bagian (kecil) dari Ie - tidak ada yang lain. (Barrie Gilbert: Arus basis hanya "cacat").

2) Sebaliknya, ada banyak efek yang dapat diamati dan sifat ciruit yang dengan jelas menunjukkan dan membuktikan bahwa BJT dikendalikan oleh tegangan. Saya pikir, semua orang yang tahu bagaimana dioda pn sederhana bekerja juga harus mengenali apa tegangan difusi dan bagaimana tegangan eksternal dapat mengurangi efek penghalang dari properti mendasar dari persimpangan pn.

Kita harus menerapkan TEGANGAN yang tepat di terminal yang sesuai untuk memungkinkan arus melalui zona penipisan. Tegangan ini (resp. Medan listrik yang sesuai) adalah satu-satunya kuantitas yang memberikan gaya untuk gerakan pembawa yang dibebankan, yang kita sebut arus! Apakah ada alasan bahwa sambungan pn-emitor dasar harus berperilaku sangat berbeda (dan TIDAK bereaksi terhadap tegangan)?

Berdasarkan permintaan, saya dapat mendaftar setidaknya 10 efek dan properti rangkaian yang hanya dapat dijelaskan dengan kontrol tegangan. Mengapa pengamatan ini begitu sering diabaikan?

3) Penanya telah mempresentasikan sirkuit yang layak mendapatkan komentar tambahan. Kita tahu bahwa sebuah opamp (tidak diragukan lagi digerakkan oleh tegangan) dapat disambungkan sebagai penguat arus-dalam-tegangan-keluar (penguat transresistensi). Itu berarti: Kita harus selalu membedakan antara sifat-sifat unit penguat "telanjang" dan rangkaian lengkap dengan bagian tambahan.

Untuk kasus ini, itu berarti: BJT sebagai bagian yang berdiri sendiri digerakkan oleh tegangan - namun, melihat seluruh rangkaian (dengan resistor R1) kita dapat memperlakukan pengaturan lengkap sebagai rangkaian yang digerakkan saat ini jika R1 jauh lebih besar daripada masukan resistansi dari jalur BE. Dalam hal ini, kami memiliki pembagi tegangan yang didorong oleh tegangan Vin.

LvW
sumber
1
TENTU SAJA BUKAN AGAMA, melainkan fisika / insinyur versus keyakinan salah yang diajarkan di sekolah dasar. Kita seharusnya menyerah model-model sederhana ketika kita sampai ke tingkat yang lebih tinggi (undergrad EE.) Diff amp tidak dapat dijelaskan oleh model berbasis Hfe. Cermin saat ini juga tidak dapat. Tidak dapat cascode amp. PENTING: jika Anda percaya bahwa ib mengendalikan Ic, maka bagi Anda ampli audio modern akan selamanya berada di belakang penghalang kebingungan dan ketidaktahuan, karena sirkuit audio yang ditambah DC menggunakan desain BJT berbasis tegangan di mana HFE tidak relevan. Situasi serupa: lihat interior TL071 dll.
wbeaty
1
@wbeaty: yang konyol adalah saya setuju dengan LvW dan Anda, tentang cara kerja BJT. Namun, saya masih bisa mengerti bahwa BJT membutuhkan arus agar berfungsi. Plus, saya merasa bahwa dikotomi VI hanyalah dualitas dalam kasus ini, seperti yang ditunjukkan dengan mengambil log natural dari persamaan dioda shockley. Tapi, saya kira dua pemikiran yang agak berlawanan terlalu banyak untuk ditangani oleh kepala Anda (dengan semua teori yang ada di sana !!)
jbord39
2
Saya curiga bahwa banyak perdebatan di sini bergantung pada apa yang dimaksud dengan kontrol . Karena simulasi SPICE sederhana akan mengonfirmasi bahwa seseorang dapat mengontrol arus kolektor dengan mengendalikan arus basis, pernyataan "arus kolektor dikendalikan oleh arus basis" tidak dapat disangkal benar dalam arti itu. Jika, seperti LvW dan wbeaty muncul, seseorang memilih untuk bersikeras bahwa pernyataan seperti itu salah dalam arti apa pun , saya hanya akan menunjuk ini: i.stack.imgur.com/LqFx1.png
Alfred Centauri
1
@ LVW, saya kecewa, meskipun tidak sepenuhnya terkejut, tanggapan Anda sangat lemah.
Alfred Centauri
1
@ LVW: maka Anda tidak bisa menimbang. model yang telah Anda nikahi dengan jiwa Anda hanyalah itu: seorang model. model yang semakin kompleks semakin muncul ketika kita menyadari interaksi yang lebih dalam dan lebih dalam. persamaan dioda shockley didasarkan pada rumus eksponensial empiris lainnya, yaitu persamaan Arrhenius. Ini tidak menjelaskan tingkat mikro mekanika kuantum, tetapi memberikan hasil yang sangat dapat diprediksi (statistik). Sayangnya, itu hanya model. Fisikawan bahkan tidak bisa menyetujui apakah energi disimpan dalam suatu bidang; Anda mengklaim memiliki pemahaman lengkap tentang persimpangan pn cukup menggelikan.
jbord39
1

Secara implisit, dua pertanyaan:
1. mengapa bisa dianggap "dikendalikan saat ini", dan
2. mengapa nyaman untuk mempertimbangkan BJT "dikendalikan saat ini".

Pertanyaan pertama. Secara matematis, perangkat memaksakan dua persamaan pada ruang parameter, yang terdiri dari dua tegangan dan dua arus (satu dapat menambah suhu, beberapa hal yang berkaitan dengan waktu untuk memperhitungkan efek transien, tetapi tidak akan mengubah jumlah persamaan). Sistem dapat diekspresikan secara ekivalen dalam berbagai bentuk. Tidak seperti FET, di mana on / off mode tidak berbeda dalam gerbang saat ini, dalam BJT kendali hasil perubahan pergeseran tertentu pada kedua tegangan dan pesawat saat ini. Setiap pesawat bertanggung jawab atas dua derajat kebebasan. Jadi, kita dapat menganggap dua tegangan sebagai variabel independen, atau dua arus. Atau, katakanlah, dan , dengan parameter lain bergantung padanya. Tidak ada perbedaan.VBCIE

Pertanyaan kedua Menurut akal sehat, masuk akal untuk memperlakukan sebagai kontrol parameter yang perubahan kecilnya menghasilkan perubahan besar (tetapi dapat diprediksi) dalam mode operasi. Selain itu, mengendalikan transistor terjadi sebagian besar atau seluruhnya di wilayah aktif-maju, berguna untuk keuntungannya. Parameter kandidat yang paling jelas adalah dan , yang perubahan kecilnya (pada bias B – E maju) menghasilkan perubahan besar pada karakteristik kolektor. Tetapi efek dari sangat non-linear, sedangkan (untuk ) arus dalam BJT bergantung pada hampir linear. Itu saja. I B V B E V B CV E C I BVBEIBVBEVBCVECIB

Incnis Mrsi
sumber
-1

Arus kolektor, menurut definisi / fisika, adalah fungsi dari arus basis (dan secara implisit permintaan arus beban). Rumus yang mengatur BJT adalah . Di mana adalah gain, adalah arus melalui persimpangan BE, dan adalah arus (maksimum) melalui persimpangan CE. β I B I CIC=βIBβIBIC

Tegangan basis (yaitu tegangan yang diukur pada terminal dasar berkenaan dengan GND) sebenarnya lebih atau kurang konstan (setidaknya dalam saturasi), sebagai karakteristik dari penurunan tegangan maju dioda.

vicatcu
sumber
bagaimana Anda mengubah arus basis?
Raj
1
Sangat menarik - jawaban yang salah mendapat satu poin. Mungkin, karena jawabannya sangat sederhana? (“Saya pikir jauh lebih menarik untuk hidup tanpa mengetahui daripada memiliki jawaban yang mungkin salah.” R. Feynman).
LvW
3
vicatcu - Anda yakin benar? Apakah Anda sadar bahwa Anda sepenuhnya salah? Parameter kunci untuk amplifikasi adalah transconductance gm yang merupakan SLOPE dari kurva eksponensial Ic = f (Vbe). Apa yang membuat Anda berpikir bahwa Vbe adalah konstanta? Rekomendasi saya: Konsultasikan dengan buku teks yang dapat dipercaya sebelum memberikan jawaban yang salah.
LvW
1
@vicatcu salah. Fisika jelas menunjukkan bahwa Ie (dan Ic) dikendalikan oleh penghalang potensial dari persimpangan BE, dan BUKAN oleh arus basis. Namun, arus basis dan potensial BE dihubungkan bersama oleh persamaan dioda. Sederhananya, arus basis mengendalikan Vbe, dan kemudian Vbe langsung mengendalikan Ie (dan karenanya Ic). Dengan kata lain, persamaan gain saat ini bukanlah fisika fundamental, karena tidak ada mekanisme di mana Ib dapat secara langsung mempengaruhi Ie atau Ic. Ib memang memiliki kontrol tidak langsung terhadap Ic (melalui variasi Vbe,) sehingga "hfe" adalah konsep yang sangat berguna. Tetapi HFE bukanlah fisika BJT fundamental.
wbeaty
2
Intinya, dalam rangkaian dari OP, sumber tegangan sangat mungkin output 0 / 5v dari controller, dan resistor dipilih untuk mengatur arus basis, bukan tegangan basis. Tidak ada yang memperdebatkan fisika fundamental dari BJT, itu hanya konstruksi aplikasi konteks-praktis.
vicatcu