Encontrar el voltaje base-emisor en un transistor NPN

Question

Encontrar el voltaje base-emisor en un transistor NPN

bjt
npn
Física
transistores
emisor común

John Smith

El problema pide encontrar el valor real del voltaje base-emisor, $V_{BE}$ y el correspondiente $I_C$ , y $V_{\text{OUT}}$ en la siguiente figura:

$V_{CE(\text{sat})}$ se da pero el transistor no está necesariamente en modo de saturación; de hecho, es probable que funcione en el modo activo directo, por lo que primero debo resolver el valor real de los voltajes de unión para determinar su modo de operación. Solo $V_{CC}$ se da y tengo demasiadas incógnitas. He intentado usar técnicas de análisis de circuitos, KVL y KCL además de la ecuación del transistor, pero hay más incógnitas que ecuaciones en las que puedo pensar. ¿Alguna idea? Solo necesito suficientes ecuaciones.

keith

Comience por resolver la corriente base, tratando la unión BE como un diodo en serie con Rb. La corriente del colector realmente no afecta la corriente base. Luego use beta para obtener corriente en el colector y calcule Vout. Si su Vout calculado es menor que Vce(sat), entonces debe estar en modo de saturación, por lo que sabe que Vout es Vce(sat) e Ic = (Vcc-Vce(sat))/Rc.

Con3ro

En lugar de una respuesta numérica, da una ecuación como respuesta. Luego conecte algunos números razonables (la temperatura de su habitación, por ejemplo).

bimpelrekkie

Como muchos principiantes, intenta iniciar todo el cálculo con Vbe. Tómelo de mí: los cálculos con respecto a Vbe son prácticamente inútiles y no necesita saber Vbe, solo suponga que son 700 mV. Ahora use beta y Rb para calcular lo que Ic puede fluir.

Audiogurú

Los MISMOS horribles problemas de circuito y hFE que hace 5 años.

Respuestas (5)

Encontrar el voltaje base-emisor en un transistor NPN

Comience por resolver la corriente base, tratando la unión BE como un diodo en serie con Rb. La corriente del colector realmente no afecta la corriente base. Luego use beta para obtener corriente en el colector y calcule Vout. Si su Vout calculado es menor que Vce(sat), entonces debe estar en modo de saturación, por lo que sabe que Vout es Vce(sat) e Ic = (Vcc-Vce(sat))/Rc.
En lugar de una respuesta numérica, da una ecuación como respuesta. Luego conecte algunos números razonables (la temperatura de su habitación, por ejemplo).
Como muchos principiantes, intenta iniciar todo el cálculo con Vbe. Tómelo de mí: los cálculos con respecto a Vbe son prácticamente inútiles y no necesita saber Vbe, solo suponga que son 700 mV. Ahora use beta y Rb para calcular lo que Ic puede fluir.
Los MISMOS horribles problemas de circuito y hFE que hace 5 años.

LvW · Answer 1

Tenemos dos ecuaciones para dos cantidades desconocidas (Vbe e Ic):

IC=beta(Vcc-Vbe)/RB e Ic=Is*exp[(VBE/VT)-1] .

(Para el funcionamiento normal en el modo activo, la expresión exponencial es mucho mayor que "1", por lo que podemos despreciar el "1").

Es posible una solución exacta (solución gráfica) si trazamos ambas funciones Ic=f(VBE). El punto de encuentro de ambas curvas es el punto de funcionamiento real (Ic y VBE).
Una solución numérica exacta en un solo paso no es posible (debido a la función exponencial). Sin embargo, existen las dos alternativas siguientes:

(a) Solución iterativa: comience con VBE = 0,65 voltios y verifique, utilizando ambas funciones, si este valor era demasiado grande o demasiado pequeño (e intente una segunda ejecución).

(b) Reemplace la función exponencial por la(s) primera(s) parte(s) de la serie de potencias correspondiente: exp(x)=1 + x + x²/2! + ......Esta aproximación permite una solución numérica directa pero aproximada (combinación matemática de ambas funciones).

Esto se ve bien, excepto que (Vcc-Vbe)/RB no es la corriente base. Solo aporta parte de la corriente de base verdad? porque está la corriente de Vin.
John Smith: está bien, sé lo que quiere decir; sin embargo, de acuerdo con el uso normal/clásico de dicho circuito, he asumido que el circuito tiene un punto operativo de CC que está determinado solo por voltajes de suministro de CC fijos externos (Vcc en este caso ). Eso significa: cualquier voltaje de señal Vin debe, por supuesto, acoplarse a la etapa del amplificador usando un capacitor, a menos que el voltaje de la señal tenga una resistencia de fuente interna (grande) con un valor que debe conocerse para resolver la tarea. Pero no se sabe.
¡Veo! Sí, sí, creo que tienes razón. Entonces, V_in es solo V_CC menos la caída de voltaje en la resistencia R_B, ¿verdad?
Sí, de lo contrario (sin un condensador de acoplamiento), la fuente de voltaje Vin proporcionaría un cortocircuito para la corriente IB proporcionada por Vcc.

analogsystemsrf · Answer 2

Antes de las ecuaciones, es útil saber esto:

Vbe estará cerca de 0,7 voltios si Ie está cerca de 1 mA

Vbe estará cerca de 0,52 voltios si Ie está cerca de 1uA.

Vbe estará cerca de 0,34 voltios si Ie está cerca de 1 nanoamperio.

Vbe estará cerca de 0,16 voltios si Ie está cerca de 1 picoAmp.

Tenga en cuenta que cada factor de 1000 menos Ie da como resultado (3*0,06 voltios) menos Vbe.

Cada factor de 2,718... da como resultado un cambio de 0,026 voltios en Vbe; los 0.026v provienen de [ Q/K*T ]

Cada factor de 2X da como resultado 0,018 voltios; verá diseños de referencia de banda prohibida interna enterrados de 0.018v o 0.036v o 0.054v.

Todos estos números son válidos a temperatura ambiente; estos voltajes cambian en aproximadamente -2 milivoltios/grado centígrado; es decir, una temperatura más alta da como resultado un Vbe más bajo (y Vdiodo, si mide un diodo simple).

CK · Answer 3

CK

Para resolver este problema, suponga primero que el transistor está en modo activo. Para este Vbe debe ser de 0,7 V.

Entonces puede calcular la corriente que fluye a través de Rb / base ahora.

Ya conoce beta, por lo que puede calcular la corriente del colector, por lo tanto, el voltaje del emisor del colector.

Según nuestra suposición inicial, el transistor está en modo activo. Por lo tanto, Vc debería ser mayor que Vb si fuera correcto. Si no, comience desde el principio asumiendo que está saturado. (Vce = 0,2 V). Buena suerte.

John Smith

Pero el problema supuestamente es preguntar por el valor real de

V_{B E}

$V_{BE}$ . ¿Qué sucede después de asumir que

V_{B E}

$V_{BE}$ es 0.7v?

CK

Porque en la región activa, la unión base-emisor se modela como un diodo, que generalmente tiene un voltaje de conducción de 0,7 V. Busque en Google "modelo Bjt pi"

CK

Lo siento, busque "bjt active mode dc model" en su lugar

CK

@JohnSmith asume un modo de operación, ingresa las variables y luego verifica si su suposición es correcta. Si no, intente con otro modo de operación. Puedes encontrar mucho material sobre ese tema. Lo que necesita buscar es "análisis BJT DC"

keith

@ÇetinKöktürk, este no parece ser el tipo de problema en el que se supone que debe asumir que Vbe es 0.6 o 0.7. Creo que se supone que el OP calcula Vbe en función de la información proporcionada y la ecuación del diodo. De lo contrario, ¿por qué el problema daría Is? Puede usar un enfoque de línea de carga o simplemente adivinar y probar iterativamente (usando una hoja de cálculo) hasta que encuentre una corriente y un voltaje que satisfagan todas las restricciones.

CK

@mkeith, sí, me lo perdí. Estaba en el móvil cuando respondí, editaré la respuesta pronto

dannyf · Answer 4

¿Alguna idea? Solo necesito suficientes ecuaciones.

El lado de la base es esencialmente Rb en serie con un diodo. Suponiendo que Ic / Rc sea razonable, puede resolverlo gráfica o numéricamente, iterando Vbe -> Ib -> Ie -> nuevo Vbe -> nuevo Ib ... también puede comenzar con Ib.

Este enfoque asume un par de cosas que pueden ser problemáticas en algunos casos:

beta constante: en realidad, beta desciende a medida que Ic sube y baja (en dos extremos).
Vce sigue siendo razonable, normalmente de 10 a 20 mv, pero con suerte 100 mv o más. de lo contrario, el transistor está en saturación.

un caso más interesante es aquel en el que el extremo superior de Rb está unido al colector, introduciendo un elemento de retroalimentación negativa para estabilizar el punto de trabajo de CC.

el enfoque propuesto por LvW es incorrecto: no hay base para la primera ecuación.

dannyf, ¿qué quieres decir con "...sin fundamento..."? ¿Tiene alguna objeción contra la combinación de las dos ecuaciones: Ic=beta*IB e IB=(Vcc-VBE)/RB?

Dehbop · Answer 5

Cuando se conectan a fuentes de voltaje ideales , suponga que pueden hundirse y proporcionar suficiente corriente para mantener sus voltajes. Eso significa $V_{B}$ es $V_{IN}$ y $V_{E}$ es GND. Entonces $V_{BE}$ es simple $V_{IN}$ .

Ahora para $V_{OUT}$ , cual $V_{CE}$ , que por supuesto no es lo mismo que $V_{CESAT}$ , que es típico $V_{CE}$ en saturación.

V_{C mi S A T}

$V_{CESAT}$

i F B_{F} (V_{I norte} - V_{B mi S A T}) / ((B_{F} + 1) (R_{PAG B} + R_{PAG mi})) > (V_{I norte} - V_{B mi S A T} + V_{C mi S A T}) / (R_{C} + R_{PAG C});

$if \quad B_{F}(V_{IN} - V_{BESAT})/((B_{F} +1)(R_{PB} + R_{PE})) > (V_{IN} - V_{BESAT} + V_{CESAT})/(R_{C} + R_{PC});$

V_{D D} - (R_{C} + R_{PAG C}) B_{F} (V_{I norte} - V_{B mi S A T}) / ((B_{F} + 1) (R_{PAG B} + R_{PAG mi}))

$V_{DD} - (R_{C}+R_{PC})B_{F}(V_{IN} - V_{BESAT})/((B_{F} +1)(R_{PB} + R_{PE}))$

i F o t h mi r w i s mi

$if \quad otherwise$

$R_{PB}$ es la resistencia de bases parasitarias, $R_{PE}$ es la resistencia del emisor parásito y $R_{PC}$ Resistencia del colector de parásitos. Suelen ser de 0,5 a 1,5 ohmios, por lo que solo es útil tenerlo en cuenta cuando BJT funciona más en el modo actual. Como ahora que la base y el emisor están conectados directamente a las fuentes.

Para un cálculo aún más preciso, el $V_{CESAT}$ y $V_{BESAT}$ son sólo los límites mínimo y máximo, tomados como una sola entidad, que real $V_{CE}$ y $V_{BE}$ puede tomar en la saturación dadas las fórmulas actuales de los modelos Ebers-Moll o Gummel-Poon. Esto puede no ser tan preciso como comenzar con dichos 2 modelos anteriores y usar convergencia, métodos numéricos o motores simbólicos, pero es lo suficientemente bueno para determinar las regiones y los modos en los que se encuentran los transistores.

EDITAR:

Por modelo Ebers-Moll, no me refiero al normal esto: https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e95565b2aa76041d3124461d12091effe1afe96a

Me refiero al completo: https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4062fe7275c023cf696f4be157c3725d95299b07

No se pudieron adjuntar las imágenes ya que son SVG. Tampoco me tomaré la molestia de escribirlo.

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