왜 BJT가 "전류 제어"로 간주됩니까?

BJT를 사용하면 Vin을 사용하여베이스 전류를 제어 할 수 있습니다 (다이어그램에서). 교과서에 전압 변경이 컬렉터를 통한 전류를 제어한다는 것이 명백 할 때 BJT가 전류 제어된다고 설명하는 이유는 무엇입니까?

상기 회로에서 Vin은 트랜지스터 자체의베이스 및 이미 터를 가로 지르는 전압 강하가 아니라베이스로가는 전류를 제어한다.

Vin> 0.7의 경우 Vbe의 전압 강하는 항상 약 0.7V입니다. 초과 전압은 R1에서 떨어집니다.

Vin을 변경하면 실제로 방정식을 기반으로 기본으로가는 전류를 제어합니다.

전문

약간의 탈선으로 시작합시다. 발전기를 전압 발생기 대신 전류 발생기로 만드는 것은 무엇입니까? VI 특성을 살펴보십시오. 주로 정전압 (IV 평면에서 거의 수평)을 전압 발생기라고하고, 정전류 (VI 평면에서 거의 수평)를 전류 발생기라고합니다.

(Electronics Tutorials 웹 사이트에서 찍은 사진)

이는 '악센트'가 일정한 양 (공급되는 전압 또는 전류)에 있기 때문이며 다른 양은 부하 및 발전기의 적합성에 따라 달라집니다. (주 1)

제어 장치에서 악센트는 가변 수량에 있습니다. Vbe를 거의 일정하게 유지하는 지수 입력 특성을 고려할 때 제어 변수로보고자하는 것은 현재의 전류입니다. 이는 오류 전파의 직접적인 결과입니다. 가파른 함수를 사용하면 거의 일정한 수량 x의 작은 오류가 매우 다양한 수량 q에서 훨씬 더 큰 오류로 바뀝니다 (그 반대도 마찬가지 임).

Taylor의 "오류 분석 소개"에서 찍은 사진과 목적에 맞게 왜곡됨

결론은 0.65와 0.67V (1 ~ 1.03 비율)를 분리하는 것보다 10e40uA (1 ~ 4 비율)를 구분하는 것이 더 쉽다는 것입니다. (덜 융통성있는 마음에 대한 참고 사항 :이 편집 전에 사용했던 더 극단적 인 값과 같이, 이들은 제어 변수로보고 싶은 것의 눈에 띄는 변화-베이스에 들어가는 전류- 베이스와 이미 터 사이의 전압의 약한 변화).

가장 간단한 것

Chua, Desoer 및 Kuh의 "선형 및 비선형 회로"에서 알 수 있듯이 BJT에 가장 간단한 모델을 채택하여 전류 제어라고하는 이유를 전류 제어라고하는 이유를 알 수 있습니다. 다음 그림에서 모든 다이오드가 이상적입니다 ( 임계 전압은 0이고 직렬 저항도 마찬가지입니다. 역 바이어스시에는 완벽하게 개방 된 회로이고 순방향 바이어스시에는 완벽한 단락입니다).

E0는 입력 특성에 임계 값 전압을 추가하는 반면 트랜지스터 동작은 ic = beta * ib로 표시됩니다. 전류 제어 전류 생성기. 해당 입력 및 출력 특성은 다음과 같습니다.

아주 간단 하죠? 당신은 그것들을 실제 특성과 비교할 수 있지만 그것들과 비슷한 것을 볼 수 있습니다. 단순하지만이 모델은 합법적 인 모델이며 ib를 변경하여 (고정되었으므로이 모델에서 Vbe를 변경할 수 없음) Ic의 값을 변경하는 회로를 모델링하는 데 사용할 수 있습니다. 입력 특성을 입력로드 라인과 교차시켜 ib를 변경하는 방법을 볼 수 있습니다

EJ (BJT의 일부가 아님)를 변경하면 ib (BJT의 일부)가 변경됩니다. 그런 다음 ib의 해당 값에 해당하는 ic의 값을 찾고 해당 출력 특성을 선택하고 출력로드 라인과 교차하여 전압을 찾습니다.

" 무엇입니까? 베타를 사용하여 미션 크리티컬 한 핵 응용 분야를 위해 전 세계 생산에 투입 할 앰프를 설계하고 있습니까? 또한 베타의 출처는 어디입니까? 또한 베타를 모르십니까? " 보면 90 % 정도만 변경해도 될까요? "

요점은 주어진 트랜지스터에 대해 합리적으로 정의 된 베타 값을 가지고 있으며 (사전에 측정 할 수 있으므로 생산 로트가 수치스러운 분산을 나타내는지는 중요하지 않습니다) 너무 멀리 방황하지 않으면 합리적으로 무시할 수 있습니다 다른 전기 매개 변수와의 변형. 이것은 온도, 전류 또는 머리카락 색으로 베타 변형을 모델링하지 않는 단순화 된 모델입니다. 그것은 때때로 Art of Electronics의 "트랜지스터 맨"과 같은 방식으로 트랜지스터 동작의 요점을 잡는 단순화 된 모델입니다.

이 모델에서 트랜지스터의 차단 주파수를 찾을 수 있습니까? 아니. 이 모델로 초기 효과를 설명 할 수 있습니까? 아니. 이 모델에서 BE 접합의 차동 저항을 설명 할 수 있습니까? 아니. 방사선으로 인한 전하 쌍 생산을 설명 할 수 있습니까? 아니. 두 번째 필드 양자화와 시공간의 굽힘을 설명 할 수 있습니까? 아니.

이것은이 모델이 완전히 쓸모 없다는 것을 의미합니까? 아니. 이 모델의 매우 단순화 된 동작은 많은 교과서에서 BJT가 현재 제어되고있는 이유를 보여줍니다. 실제 입력 특성은 그 값이 고정 된 것으로 간주되는 vbe가 아닌 ib 만 변할 수있는 수직선과 유사합니다. (그리고 이것이 내가이 대답의 시작 부분에서 그 탈주를 한 이유입니다).

Chua의 Mosfet : 151 페이지에 대한 가장 간단한 모델을 비교할 수도 있습니다.

보시다시피, 게이트 전류는 고정되어 있고 (제로에서 페 당틱으로), BJT에 표시된 조건과 이중 인 조건 : VI 입력 특성은 수평입니다. 여기에있는 유일한 컨트롤은 vgs입니다. 이것은 우리가 터널 효과의 존재를 부정한다는 것을 의미합니까? 아니, 이것은 단지 모델 일뿐입니다. 무엇보다도 터널링을 고려하지는 않지만 MOSFET에서 게이트 소스 전압에 작용하는 이유를 보여주는 단순화 된 모델입니다.

지금까지 우리는 ib와 ic 사이의 (간체 화 된) 관계가 베타를 통해 ib를 통해 ic의 제어로 어떻게 보일 수 있는지 살펴 보았습니다. 그러나 알파를 사용할 수도 있습니다. BJT의 현재 제어되는 장치를 고려한 다른 교과서를 인용하자면, "원자, 분자, 고체, 핵 및 입자 2e의 양자 물리학", Eisberg and Resnick, p. 474 (475 페이지의 공통 기본 구성이 표시됨) :

트랜지스터 동작의 기본 아이디어는 이미 터 회로의 전류가 콜렉터 회로의 전류를 제어한다는 것입니다. 이미 터를 통과하는 전류의 90 % 이상이 전류의 크기가 비슷합니다. 그러나베이스 컬렉터의 전압은 이미 터베이스 연결의 전압보다 훨씬 클 수 있는데, 그 이유는 전자가 역 바이어스되어 콜렉터 회로의 전력 출력이 이미 터 회로의 전원 입력보다 훨씬 클 수 있기 때문입니다. . 따라서 트랜지스터는 전력 증폭기로 작동합니다.

이 두 신사는 고체의 밴드 이론에서 양자 역학이 수행 한 역할을 잊어 버리고 있습니까? 양자 통계에 대해 들어 보지 못했습니까? 그들은 구멍이 무엇인지 알고 있습니다 (템포는 말할 것도 없습니다)? 전압을 가하면 원자가 및 전도대에 기인 한 에너지 레벨 프로파일을 수정할 수 있다는 것을 잊었을 수 있습니까? 나는 그렇게 생각하지 않습니다. 그들은 단순히 소위 트랜지스터 동작을 해석 할 수있는 방법을 설명하기 위해 더 간단한 모델을 선택했습니다.

아티스트 브루노 무 나리 (Bruno Munari)는 " 복잡함은 단순하다. 단순화하는 것은 복잡하다. ... 모두가 복잡 할 수있다 . 그 중에서도 Chua, Desoer, Kuh, Eisberg 및 Resnick은 단순화하기로 결정했습니다.

누가 먼저 기지에서 뛰나요?

이제 (거의) 실제 트랜지스터로 돌아갑니다. 이것은 Google 이미지 검색 후 처음으로 등장한 vbe 문자입니다 .

현실이라면 Dunno이지만 그럴듯 해 보입니다. 여기서 주목해야 할 것은 ib가 100 % 나 크게 변할 때, vbe는 상대적으로 적은 양, 단지 몇 퍼센트 만 바뀐다는 것입니다. 이것은 BE 정션의 지수 관계 때문입니다. 이 BJT를 사용하여 홀수 일에는 10mA, 짝수 일에는 15mA를 생성한다고 가정 해 봅시다. 독일 실험실에서 특정 트랜지스터의 베타를 측정하고 관심 범위에서 250으로 나왔습니다. 정확도가 10 % 인 전류 및 전압 발생기가 있다고 가정합니다.

현재 제어 : ic = beta ib를 사용하여 설정해야하는 ib의 값을 찾을 수 있습니다. ic의 10 및 15 mA 공칭 값은 ib에 40 e 60 uA 공칭 값이 필요합니다. 전류 발생기의 정확도를 고려할 때 입력 및 출력에 다음과 같은 전류 범위가 나타납니다.

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

전압 제어 : 베타를 믿지 않으므로 vbe를 생성하는 전압을 지정해야합니다. 위의 그래프에서 읽으십시오 (그러나 끔찍한 IC = 베타 IB 관계를 받아 들여야합니다). ic에 대한 원하는 값으로 값을 계산하려면 Ebers-Moll 모델을 사용해야한다고 생각합니다. 그러나 정확히 0.65와 0.67V라고 결정했다고 가정 해 봅시다 (위의 베타에 정확한 값을 사용한 것처럼) 정확한 값을 설정하려고 할 때 중국에서 만든 10 % 정확한 발전기는 다음 전압 범위를 공급합니다

0.585-0.715 V-> Ebers-Moll으로 돌아가서 ic를 계산하기에는 ... 불확실성이 너무 심해집니다 ...

0.603-0.737 V-> 아니오, 기다리십시오. 계산하기 전에 ...

... 우리가 공급하는 전압 범위에 이미 중첩이있는 것으로 보입니다. 홀수와 며칠을 구분하지 못할 수도 있습니다.

컬렉터 전류를 제어하는 ​​수단으로 전류베이스에 의존하는 것이 좋습니다.

전류 제어를 사용하면 베타 측정 값에서 10 % 오류를 허용하더라도 홀수 및 심지어 며칠.

전압 제어를 사용하여 계산 된 (또는 다이어그램에서 읽은) 전압 값에 10 % 오류를 추가하면 (그리고 해당 오류가 증폭 될 것이므로 관대합니다) 이미 불확실성이 사라집니다. 이것이 기본적인 오류 전파 이론입니다.

중지

이 게시물에 시간이 걸리고 있습니다. 다른 항목을 추가하여 다시 추가하겠습니다. 당신이 목격했을 수도있는 종교 전쟁의 문제에 대해 말씀 드리겠습니다. 그게 다 뭐야?

트랜지스터는 양자 물리 법칙을 사용하여 내부 작업을 설명해야하는 솔리드 스테이트 장치입니다. 고체에서 전기 캐리어의 에너지 수준의 밴드 구조를 고려할 때, 이러한 장치의 내부 작동을 묘사하기 위해 에너지 수준에 의지하는 것이 당연합니다. 에너지와 전위는 서로 밀접하게 관련되어 있으므로 대부분의 모델은 전위 (차이) 함수로 관련 수량을 표현하는 경향이 있습니다. 내가 쓴 이유

참고 : Ebers-Moll 모델에 표시된 Vbe에 대한 종속성은 원인-효과 관계를 암시하지 않습니다. 그런 식으로 방정식을 작성하는 것이 더 간단합니다. 아무도 당신이 역함수를 사용하는 것을 금지하지 않습니다.

전압과 전류가 밀접하게 관련되어 있다는 것입니다. 그것들은 노력 흐름 분류의 양과 결합되어 있기 때문에 기본적으로 다른 것 없이는 가질 수 없습니다. 그것은 섬세한 문제이며 전압 차이를 만드는 것이 무엇을 의미하는지 고려해야한다고 생각합니다. 전하를 대체함으로써 생성되지 않습니다 (배터리의 전기 화학 반응, 기계식 발전기의 전자기 상호 작용에 의한). 결국 모든 장치가 기본적으로 충전 제어되는 것으로 의심됩니다. 충전을 여기에서 여기로 이동하고 특정 효과를 얻습니다.

나는 '전압 제어'십자군이 '현재 제어'상대방이 포레스트 밈스 (Forrest Mims) 서적에서 전자를 배웠으며 양자 물리학, 고체 또는 반도체 장치 서적을 본 적이 없다고 가정하고 있다고 생각합니다. 변수를 제어하기 위해 설정하기로 선택한 변수 제어의 의미를 무시하는 것 같습니다. 나는 Eisberg & Resnick (당신이 말장난을 허용한다면 두 명의 '고체'물리학 자)의 인용이 이것이 사실이 아님을 보여주기를 바랍니다.

참고 (1) 이상적인 발전기 곡선은 이상적입니다. 이상적인 전압 발생기에서 양호하고 평균적인 전압 생성기를 통과 한 다음 전류가 ​​큰 평균 생성기를 통과하는 이상적인 전류 생성기로의 전환을 상상해보십시오.

일반적으로 선형 애플리케이션 (대형 신호)에서 바이어스 포인트 를 찾을 때 BJT가 전류 제어 전류 소스라고 생각할 수 있습니다 . $I_C=\beta I_B$

하이브리드 pi 모드 l을 사용하는 증폭기와 같은 소 신호 분석을 수행 할 때 전압 제어 전류 소스로 생각하면 더 유용합니다 .

베이스 전류는 트랜지스터 특성이 아닌 외부 회로에 의해 수집기 전류가 결정될 정도로 충분히 높기 때문에 스위칭 애플리케이션을 평가할 때 특히 유용하지 않습니다 (첫 번째는 조건이 존재하는지 확인하는 데 다소 도움이 됨).

BJT는 전류 제어 방식이 아니지만 유용한 근사값으로 작동합니다. Ebers-Moll 과 같은보다 정확한 BJT 모델 에서 콜렉터 전류는 기본 전류의 기능이 아니라 기본 전압 ( )의 기능입니다.$V_{BE}$

다른 답변은 BJT가 전압 제어인지 전류 제어인지 또는 둘 다인지에 대한 의견을 표명했습니다. 내 대답에서, 나는 이것을 대신하여 설명하고 싶다 :

전압을 변경하면 컬렉터를 통한 전류를 제어한다는 것이 명백 할 때?

다음 대체 회로를 고려하십시오.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

그렇지 않다 분명 그

과

따라서베이스 전류가 컬렉터를 통한 전류를 제어 하는가?

$I_B$$V_{BE}$$V_{BE}$$I_B$

그래서 더 , 그렇지 없다 명백한 BJT는 전압 제어입니다, 당신의 예에 의해.

$v_{BE}$$i_B$

유사하게, 전압원으로베이스-이미 터 전압을 제어 함으로써 컬렉터 전류를 제어 할 수 있음을 확인할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 사용자가 몇있다 강하게 BJT의 컬렉터 전류는 그들의 위치 표현 명백히 전압 제어하고 달리 제시 담색 넘어하도록한다.

고체 물리학을 공부한지 얼마되지 않아서 EE 교과서 라이브러리를 살펴보기로 결정했습니다. 제가 선반에서 뽑은 첫 번째 교과서는 " Solid State Electronic Devices ", 3rd Ed입니다.

섹션 7.2.2의 광범위한 인용문은 다음과 같습니다.

$i_C$$i_B$

$i_C$$i_E$$i_B$$i_C$

$i_B$

$\tau_t$$W_b$$L_p$$\tau_p$

$\tau_p$$\tau_p$$\tau_t$$\frac{\tau_p}{\tau_t}$

$$\frac{i_C}{i_B} = \beta = \frac{\tau_p}{\tau_t}$$

$\gamma = 1$

$(i_B)$$i_B$

이제 저는 전압 제어 캠프에있는 사람들이 이것을 현재 제어 캠프에있는 사람들과 마찬가지로 자신의 위치를 ​​확인하는 것으로 해석 할 것입니다. 그냥 그대로 두겠습니다. 짖는 소리를 시작합시다 ...

$V_{in}$$I_{B}$$I_{B} = V_{in}/ R_1$$I_C = \beta \cdot I_B$

$V_{in}$$I_C$$R_1$$R_1$$V_{in}$

아마도 예제가 더 잘 설명 할 것입니다. 내가 차를 운전한다고 상상해 보자. 그리고 그 속도는 가스를 얼마나 세게 밀고 얼마나 오래 걸 느냐에 달려있다. 그러나 나는 벌금을 받고 싶지 않으므로 항상 속도 제한을 존중합니다. 이제 와서 말하기 :

자동차가 가스 페달로 제어되는 이유는 무엇입니까? 실제로 속도는 숫자가 그려진 평평한 금속 물체에 달려 있습니까?

당신이 말하는 것은이 특별한 경우에 해당되지만, 자동차가 주변의 평평한 금속 물체에 대해 조금도 신경 쓰지 않는다는 사실을 바꾸지는 않습니다.

Vin을 상수로 만들고 R1을 변수로 만들면 BJT가 저항 제어 장치라고 말할 수 있습니까?

설정에서 전압을 제어하고 수집기 전류에 영향을 줄 수있는 것으로 보입니다. 이 회로의 전류가 전압 제어된다는 증거로 이것을 사용하는 것이 합리적이지만 모든 BJT가 전압 제어된다는 것을 의미하는 것은 합리적이지 않습니다.

가장 흥미로운 구성 요소이거나 유일하게 흥미로운 구성 요소 일지라도 전체 시스템과 시스템의 구성 요소를 구분해야합니다.

지금까지 나는 10 개의 답변과 많은 의견을 세었다. 그리고 다시 BJT가 전압 또는 전류 제어인지에 대한 질문은 종교의 문제인 것 같습니다. 질문자 (“ BJT가 현재 통제되고있는 이유는 무엇입니까? ”)가 여러 가지 다른 답변으로 인해 혼란스러워 질까 두렵습니다 . 일부는 정확하고 일부는 완전히 잘못되었습니다. 따라서 질문자의 이익을 위해 상황을 요약하고 명확히하고 싶습니다.

1) 내가 이해할 수없는 것은 다음과 같은 현상이다. BJT의 콜렉터 전류 Ic가베이스 전류 Ib에 의해 제어 / 결정될 것이라는 단일 증거는 없다. 그럼에도 불구하고 BJT가 현재 통제되고 있음을 반복해서 반복하는 일부 녀석 (엔지니어조차도 있음)이 여전히 있습니다. 그러나 그들은 증거가없고 검증이 없기 때문에 아무런 증거없이이 주장을 반복한다.

유일한“정의”는 항상 간단한 관계 Ic = beta x Ib입니다. 그러나 그러한 방정식은 원인과 결과에 대해 아무것도 말할 수 없습니다. 그보다, 그들은이 방정식이 어떻게 원래 유래되었는지를 잊거나 무시합니다 : Ic = alpha x Ie 및 Ie = Ic + Ib. 따라서 Ib는 Ie의 작은 부분 일뿐입니다. (배리 길버트 : 기본 전류는 단지 "결함"입니다.)

2) 대조적으로, BJT가 전압 제어된다는 것을 분명히 보여주고 증명하는 많은 관측 가능한 효과와 ciruit 특성이 있습니다. 간단한 pn 다이오드의 작동 방식을 알고있는 모든 사람들은 확산 전압이 무엇인지, 외부 전압이 pn 접합의 이러한 기본 특성의 장벽 효과를 어떻게 줄일 수 있는지 인식해야합니다.

공핍 영역을 통과하는 전류를 허용하려면 해당 터미널에 적절한 전압을 적용해야합니다. 이 전압 (대응하는 전기장)은 충전 된 캐리어 이동에 대한 힘을 전달하는 유일한 양입니다. 베이스 이미 터 pn 접합이 완전히 다르게 동작해야하는 이유가 있습니까 (그리고 전압에 반응하지 않음)?

요청에 따라 전압 제어만으로 설명 할 수있는 10 가지 이상의 효과와 회로 특성을 나열 할 수 있습니다. 이러한 관측이 왜 그렇게 자주 무시됩니까?

3) 질문자는 추가 의견이 필요한 회로를 제시했습니다. 우리는 opamp (확실히 전압 구동)가 전류 전압 내 증폭기 (transresistance amplifier)로 배선 될 수 있음을 알고 있습니다. 즉,“네이 키”증폭기 장치의 특성과 추가 부품이있는 완전한 회로를 항상 구분해야합니다.

현재의 경우는 다음을 의미합니다. 독립형 부품 인 BJT는 전압 구동 방식이지만 전체 회로 (저항 R1 포함)를 보면 R1이 회로 구동 회로보다 훨씬 큰 경우 전체 배열을 전류 구동 회로로 처리 할 수 있습니다 . BE 경로의 입력 저항. 이 경우 전압 Vin에 의해 구동되는 전압 분배기가 있습니다.

MOSFET과 비교할 때 BJT 전류 제어를 호출하는 것이 합리적이라고 생각합니다.

MOSFET에는 게이트가 있으며 게이트의 전압이 높을수록 (기본적으로 전류를 소비하지 않음) 드레인-> 소스의 컨덕턴스가 높아집니다. 따라서 이것은 전압 제어 장치입니다.

또는

BJT에는 기지가 있습니다. 콜렉터에서 이미 터로의 컨덕턴스가 높을수록베이스 전류가 높아집니다.

실제로 차이점을 강조하는 실용적인 예입니다.

• 플래시 메모리

전도에 일정한베이스 전류가 필요하기 때문에이 메모리 토폴로지는 BJT로 구현할 수 없습니다. MOSFET에서 전하를 절연 게이트에 주입 할 수 있습니다. 주입되면 그곳에 머무르고 MOSFET이 항상 작동하도록합니다. 이 컨덕턴스 (또는 전하가 주입되지 않은 경우 부족)가 감지되고 저장된 비트 상태를 읽는 데 사용됩니다.

내재적으로 두 가지 질문이 있습니다.
1. 왜 "전류 제어"로 간주 될 수 있고
2. BJT를 "전류 제어"로 고려하는 것이 왜 편리한 지 .

$V_{\mathrm{BC}}$$I_{\mathrm E}$

$V_{\mathrm{BE}}$$I_{\mathrm B}$$V_{\mathrm{BE}}$$V_{\mathrm{BC}} \approx V_{\mathrm{EC}}$$I_{\mathrm B}$거의 선형으로. 그게 다야.

$I_C = \beta \cdot I_B$$\beta$$I_B$$I_C$

베이스 전압 (즉, GND에 대해베이스 단자에서 측정 된 전압)은 다이오드 순방향 전압 강하의 특성으로서 실제로 일정하거나 (적어도 포화 상태에서) 일정하다.