트랜지스터 회로에 Vcc가 없는데도 전류가 여전히 콜렉터를 통해 흐르는 이유

위의 BJT NPN 회로가 결론으로 ​​인해 잘못되었다고 생각한 자습서를 보았습니다.

그러나이 회로를 시뮬레이션했을 때 결론이 참임을 알았습니다.

나는 완전히 당황했고 트랜지스터 동작에 대한 근본적인 오해가있는 것 같습니다.

위 회로에는 전원이 공급되지 않습니다. Vcc는 없습니다. 입력 전압 Vin이 0에서 1V로 증가합니다.

다음은 Vin에 대한 출력 전압 Vout의 플롯입니다.

그리고 아래 그림은 Vin에 대한 부하 I (Rload) 및 콜렉터 전류 Ic를 통한 전류입니다.

질문:

나의 혼란은 트랜지스터의 콜렉터와 이미 터 단자 사이에 전위차가 없을 때 전류가 형성되고 콜렉터와 Rload를 통해 흐르는 방식입니다.

줄거리에 따르면 I (Rload) + Ic = 0이기 때문에 KCL이 만족되는 것 같습니다.

그러나 내가 이해하지 못하는 것은 현재의 형태와 흐름이 어떻게 이런 식으로 흐르는 지.

누군가가 저에게 물으면 "전류가베이스에서 이미 터로 흐르므로 접지로 흐릅니다. 부하를 통과하는 전류가없고 Vout이 0이됩니다."

나는이 회로에 완전히 당황했다. 분명히 내 견해에 문제가 있습니다. 왜 전류가 그렇게 순환합니까?

BJT 트랜지스터의 구조와 관련이 있습니다. NPN을 보자.

^{이미지 소스}

N 형 반도체, P 형베이스 및 N 형 이미 터로 만들어진 콜렉터 영역이 있습니다. 질문의 범위를 벗어나므로 자세히 설명하지는 않지만 질문으로 충분하게 만들 수 있습니다. 콜렉터와 이미 터가 비슷하지 않습니까?

당신이 한 일은 저항을 통해 이미 터를 접지에 연결하고 컬렉터를 접지에 연결하는 것입니다. 그런 다음베이스에 전압을 적용했습니다.

일반적으로베이스의 전압으로 기대할 수있는 것은베이스에서 이미 터로 전류가 흐르기위한 것입니다. 기본적으로베이스는 애노드이고 이미 터는 캐소드 인 다이오드입니다. 캐소드에서의 전압이베이스보다 높은 경우,베이스-이미 터 접합을 통한 이러한 전류 흐름은 전류가 컬렉터에서 이미 터로 흐르게한다.

그러나 귀하의 경우 컬렉터는베이스보다 높은 전위에 있지 않으며 낮은 전위에 있습니다. 이것은베이스 이미 터 접합과 마찬가지로베이스 컬렉터 접합도 다이오드 인 PN 접합이기도합니다. 다시 기본은 양극이지만 이번에는 수집기가 음극입니다. 즉, 음극보다베이스에 더 높은 전압을 적용하면베이스에서 음극을 통해 전류가 흐릅니다.

이제베이스에서 캐소드로, 저항을 통해 접지로 전류가 흐르므로 신비한 전류 흐름이 식별됩니다.

더 명확히하기 위해 PN 접합을 다이오드 (*)로 간주하면 회로가 다음과 같습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

전류가 Base-Emitter 다이오드와 Base-Collector 다이오드를 통해 어떻게 흐르는 지 알 수 있습니다.

현재 차트에 콜렉터 전류가 음수로 표시되는 이유는 시뮬레이션에서 와이어를 프로브 한 방식과 거의 같습니다.

콜렉터 로 흐르는 전류 가 "긍정적 인"것으로 간주 되도록 시뮬레이션 프로브가 설정됩니다 . 또한 두 번째 프로브가 설정되어 저항이 위쪽에서 아래쪽으로 흐르는 전류가 "긍정적 인"것으로 간주됩니다.

그러나이 경우 전류는 컬렉터에서 흘러 나오고 (프로브 관점에서 "부정") 저항으로 흐릅니다 (두 번째 프로브 관점에서 "양"). 결과적으로 사인에 불일치가 있습니다.

기본적으로 두 개의 전류계가 직렬로 연결되어 있지만 하나는 뒤로 연결되어 있습니다. 그들은 동일하지만 반대의 수치를 보여줄 것입니다.

보너스 정보

Base-Collector 전류는 Base-Emitter 전류보다 훨씬 낮습니다. 부분적으로 컬렉터에서 접지로 직렬 저항이있어 일부 전압을 떨어 뜨리고 전류를 제한하기 때문입니다 (저항을 LED와 직렬로 연결하는 것처럼) NPN 구조가 더 복잡하기 때문입니다.

이미 터는 컬렉터보다 더 많이 도핑됩니다. 이는 BE 접합이 실제로 BC 접합보다 순방향 전압 강하가 훨씬 낮다는 것을 의미합니다. 결과적으로 저항이 없어도 BC 전류는 BE 전류보다 상당히 낮습니다.

실제로 BJT 트랜지스터를 역으로 사용할 수 있지만 (C 및 B 스와핑) 성능이 크게 저하됩니다.

^{(*) 다이오드 뷰가 NPN 트랜지스터를 완전히 나타내는 것은 아닙니다. 두 개의 다이오드를 같이 붙이면 다이오드의 금속 도선으로 인해 NPN 트랜지스터로 끝나지 않습니다. 그러나 그것은 당신이보고있는 효과를 정확하게 묘사합니다.}

이것은 Tom의 포괄적 인 답변을 보완하기위한 것이며 '뒤로'를 받아 대답합니다. 모델에 대한 답변입니다.

트랜지스터는 복잡한 대상입니다. 많은 목적을 위해 모델을 모델로 대체하여 단순화 할 수 있습니다.이 모델은 동작의 전부는 아니지만 일부를 캡처합니다.

예를 들어, DMM의 '다이오드 테스트'기능으로 트랜지스터를 측정 할 때 '두 다이오드'모델은 측정을 설명합니다. 그러나 이득이 어디에서 오는지는 알려주지 않습니다. 모델이 너무 단순합니다.

예를 들어 공통 이미 터 증폭기를 생성하기 위해 트랜지스터를 '정상적으로'바이어스 할 때 '전류 제어 전류 소스'모델은 훨씬 더 많은 동작을 캡처하여 바이어스 전류와 증폭 계수를 계산할 수 있습니다. 그러나 OP의 질문에서 일어나는 일을 설명하기에는 너무 간단하고 추상적입니다.

사람들이 모델을 사용하는 경우 일반적으로 목적에 따라 가장 단순한 동작을 캡처하는 것이 좋습니다. 따라서 일반적으로 모델의 단점을 나타내는 코너 케이스를 찾을 수 있습니다. 그런 다음 더 완벽한 모델을 찾고, 복잡한 복잡한 객체를 분석하고 분석하거나, 추가 정밀도가 필요하지 않다고 결정하고 모델의 근사값으로 작업 할 수있는 방법을 찾아야합니다 (모두 세 가지가 다른 상황에서 수행됨).

나는 주어진 엔지니어링 프로젝트에 얼마나 많은 사람들을 할당 할 때 상사가 사용했던 사람들의 모델에 항상 기뻐했습니다. 그는 사람들을 '오찬 고기 통'으로 대체했습니다. 그리고 깡통을 열 때까지 당신이 무엇을 얻을지 알지 못하고 아마도 실망했을 것입니다. 보시다시피, 우리는 4 년 동안 2 백만 달러의 예산을 가지고 있으므로 5 깡통의 오찬 고기를 넣을 여유가 있습니다! 모델이 세부 사항을 다소 단순화하지만, 다른 프로젝트 관리자보다 자원 계획에 덜 성공한 것으로 생각하지 않습니다.

Tom Carpenter의 훌륭한 답변에 몇 가지 요점을 추가하면됩니다.

위 회로에는 전원이 공급되지 않습니다.

V _in 은 전원입니다.

... 트랜지스터의 컬렉터와 이미 터 사이에 전위차가 없을 때 전류가 발생하여 컬렉터와 Rload를 통해 흐르는 방법은 무엇입니까?

V _out 은 트랜지스터 콜렉터와 이미 터 사이의 전위차입니다. 당신의 플롯은 그것이 0이 아니라는 것을 분명히 보여줍니다.

또한, 플롯은 R _load를 통한 전류를 보여줍니다 . 단자간에 전위차가 없으면 저항을 통해 전류가 흐를 수 없습니다. 옴의 법칙입니다.