Análisis del transistor BJT: ¿es posible un análisis lineal?

Dado que los semiconductores no son componentes pasivos, ¿puedo derivar soluciones analíticas de manera realista para un circuito con BJT? Sé que esto puede parecer una pregunta muy ingenua, pero ¿estoy en el camino correcto con este tipo de análisis o necesito un modelo numérico más poderoso incluso para circuitos básicos? por ejemplo, las respuestas para amplificadores de un solo transistor, etc.

Estoy tratando de aprender más sobre el análisis de circuitos, pero después de los pasivos 'RLC', no quiero terminar en el camino equivocado. Entiendo que esto está al borde de las opiniones, pero realmente quiero comenzar en el camino correcto.

Debo mencionar que he usado cosas de 'regla general' para corriente constante, polarización, etc. Pero no estoy completamente satisfecho con este enfoque.

Gracias por los comentarios actuales (ja, ja). Usando algunas de las reglas generales de los 'aficionados', me resultó fácil lograr modos de conmutación (saturación) y polarización que brindan resultados consistentes con diferentes transistores de señal pequeña, ¡lo que parecía contradictorio y realmente me sorprendió! Realmente necesito algo así como una base de primeros principios que no pase por alto la complejidad o la gama de usos. Mi multímetro no me está enseñando mucho...

¿Se siente cómodo con el modelado de la serie Taylor de la unión emisor-base? Eso le permite definir puntos de intercepción (entrada) para todos los órdenes de distorsión. Recuerdo una diferencia de 10dB entre el segundo y el tercer orden, ambos cerca de -10dBv. Los productos de segundo orden disminuirán dB por dB, por lo que las entradas cercanas a -50 dBv provocarían productos de segundo orden referidos a la entrada de -40 dBc. Y los productos de tercer orden caerán 2_dB por dB, por lo que las entradas cercanas a -50dBv generarían productos referidos a la entrada de -80dBc. Todo esto de memoria.
@analogsystemsrf: tengo la sensación de que si quiero mejorar mi comprensión, tendré que hacer una inversión seria en un osciloscopio (digital) si quiero aprender haciendo. Porque si bien comprendo aproximadamente el concepto de dB, su comentario me superó por completo.

Respuestas (1)

Los transistores son fundamentalmente dispositivos no lineales, por lo que no, no es posible un análisis estrictamente lineal.

Es por esto que se desarrollaron simuladores de circuitos como SPICE. Toman dos enfoques para hacer que el problema sea manejable:

  • Para el análisis de pequeña señal, linealiza las ecuaciones no lineales alrededor del punto de operación. Esto funciona siempre que las desviaciones de la señal desde el punto de operación causen errores insignificantes en relación con las ecuaciones no lineales.

  • Para el análisis de transitorios de señal grande, linealice las ecuaciones alrededor del estado actual y elija un paso de tiempo que sea lo suficientemente pequeño como para que las desviaciones de las ecuaciones no lineales sean insignificantes. Si encuentra que las corrientes o los voltajes están cambiando "demasiado rápido" (un parámetro configurable), reduce el tamaño del paso de tiempo.

Gracias. Ya lo sospechaba, pero me pone en el camino correcto, ya que no tengo una educación formal en este campo, ¡y me ayuda a ver el panorama general!
Es posible que desee esperar uno o dos días antes de aceptar esta respuesta, para ver si alguien más quiere opinar con información adicional.
Espera aquí. Después de sesgar, es perfectamente razonable usar un modelo de señales pequeñas para realizar un análisis lineal con BJT, considerando que garantiza que el BJT funcionará en la región activa.
@PDuarte: ¿No es eso lo que dije? ¿Qué dirías diferente?
No estoy de acuerdo en que el análisis estrictamente lineal no sea posible. En aplicaciones en las que utiliza BJT para amplificación, el análisis lineal no solo es posible sino que también se recomienda. Además, SPICE no usa modelos lineales como dijiste, generalmente usa el modelo Gummel-Poon, que es mucho más complejo y maneja características no lineales.
@PDuarte: Entonces deberías escribir tu propia respuesta.
Tienes razón...
@BrettHale Bueno, su pregunta fue "¿puedo derivar una solución analítica para circuitos con BJT?", Dije que sí. Ahora estás preguntando acerca de cómo comenzar con una especia moderna, que realmente no sé cómo se diferencia de la especia "antigua". Te sugiero que abras una nueva pregunta.
@PDuarte: creo que estás leyendo demasiado en esta etapa. Soy un desarrollador de software al que le gusta estar cerca del metal, e inevitablemente ha incursionado en la electrónica básica. ¡Realmente no tengo tiempo ni deseo para la curva de aprendizaje muy empinada de la teoría y las herramientas para convertirme en un E.Eng! Has discutido con los comentaristas, pero no me has dado ninguna información realmente útil.
@BrettHale Lo siento si no te di ninguna información útil.
@PDuarte - Está bien. No estoy seguro de que sea algo en lo que se pueda facilitar, solo tengo que aceptar una curva de aprendizaje empinada.
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