¿Por qué la relación de corrientes de colector a base en un transistor BJT siempre es mayor que 1?

De hecho, esta pregunta se ha hecho en el sitio de EE , pero no está bien respondida. Supongo que podría ser más sobre el tema aquí.

Según esta respuesta :

Tenga en cuenta que los orificios inyectados en el emisor se suministran desde el electrodo base (corriente base), mientras que los electrones inyectados en la base se suministran desde el electrodo emisor (corriente emisor). La relación entre estas corrientes es lo que hace que BJT sea un dispositivo amplificador de corriente: una pequeña corriente en la terminal base puede causar una corriente mucho más alta en la terminal del emisor. La amplificación de corriente convencional se define como la relación de corrientes de colector a base, pero es la relación entre las corrientes anteriores lo que hace posible cualquier amplificación de corriente.

En primer lugar, ¿por qué la corriente del colector aumenta a medida que aumenta la corriente base? ¿Lo primero causa lo último, o lo último causa lo primero, o algo más (el voltaje en los electrodos, tal vez) causa ambos?

Y aquí está mi pregunta: ¿Por qué la corriente del colector siempre aumenta más que el incremento de la corriente base? Digamos que después de que algo cambia, ase "inyectan agujeros adicionales en" la región del emisor y bse inyectan electrones adicionales en la región de la base. Entonces, ¿por qué bes mayor a a?

Hmm, beta cambia mucho. Probablemente debería reformular esta pregunta, porque su suposición es incorrecta.
Yo secundo el comentario de la tubería. Beta cambia, y en gran medida, a medida que cambian las corrientes y los voltajes del colector. Consulte cualquier buena hoja de datos de transistores y encontrará diferentes ganancias en diferentes condiciones de operación. Como mínimo, un transistor con una beta de varios cientos a bajas corrientes mostrará betas de 10 o menos cuando esté saturado.
¡Beta también cambia con la temperatura! Incluso puede destruir totalmente un transistor (es decir, beta probable = 1 o incluso 0) en la exposición a un EMP de alta energía de algo como una explosión nuclear.
No puedo responder a ninguna de las partes correctamente, pero nadie querrá un transistor que amplifique la corriente de base en < 1. Sería un atenuador y tendría muy poco uso práctico, si es que tiene alguno.
El caso de saturación (Vce despreciable) es anómalo, porque la corriente del emisor no se elimina por el colector; simplemente acumula cargas no recombinadas hasta que la recombinación lenta en la base SÍ ocurre, y la aproximación de 'base-current-is-small' no funciona. La carga espacial que provoca esta corriente de base provoca un retraso en cualquier intento posterior de apagar el transistor, por lo que evitar la saturación es un elemento clave para acelerar los transistores de conmutación. Las abrazaderas Baker y las abrazaderas Schottky ayudan.
Recuerde también la ley de Early (consulte, por ejemplo, people.eecs.berkeley.edu/~hu/Chenming-Hu_ch8.pdf ) que hace que la ganancia de corriente de un transistor dependa del voltaje. Ciertamente no siempre es mayor que 1.

Respuestas (3)

Respondiendo preguntas:

@LvW Solo por curiosidad: ¿Qué pasa si VCE = VBE? La unión CB pn no tendrá polarización inversa entonces, por lo que no atraerá electrones en la región base. Entonces, ¿IC será cero e IE será igual a IB?

Pero el diodo CB no tiene polarización directa. Esta es una aplicación donde el BJT se usa como un diodo y no es posible una amplificación "clásica" (región de transición entre la saturación y la región amplificadora).

IC e IE están controlados y solo controlados por VBE; IB es solo un producto secundario; Una vez que VCE es mayor que VBE, su valor específico no importa, porque la unión EB tiene polarización inversa. ¿Tengo razón?

No importa demasiado, por otro lado: observe las curvas Ic = f (VCE). Ic aumenta lentamente con VCE debido al efecto Early.

Dado VBE, IE es fijo y, como resultado, la suma de IB e IC es fija. Cuando VCE < VBE, lo que IB e IC son dependen de VCE. Cuanto mayor es VCE, mayor es IC/IB. Sin embargo, el valor de IC/IB está limitado por "beta", que se alcanza cuando VCE = VBE. " ¿Es esto correcto?

En este caso (VCE < VBE) el diodo CB está abierto y hay una pequeña corriente Ic que tiene una dirección opuesta a la dirección Ic "normal". Ejemplo: Para VCE=0 tenemos una corriente Ic que es negativa (¡Las curvas Ic=f(VCE) NO cruzan el origen!).

Pero mi libro de texto afirma que con Ib fijo, las curvas Ic = f(Vce) SÍ cruzan el origen. El gráfico en mi libro se ve así: postimg.org/image/jwhm8a6en (Simplemente puede ignorar estos caracteres chinos)
En realidad, estaba confundido con este gráfico; por lo que hizo una serie de preguntas.
Sé que muchas ilustraciones gráficas no muestran que Ic<0 para VCE=0. En la mayoría de los casos, se trata de la escala utilizada. Además, esta propiedad no es muy importante para aplicaciones prácticas. Pero puede estar seguro de que las curvas Ic=f(VCE) no tocan el origen. Para VCE=0 tenemos VBE=VBC y ambos diodos están abiertos, por lo que hay una corriente de B a E (normal) y de B a C (opuesta a la "corriente normal Ic").
Si, absolutamente. Hay otra cosa que me confunde: ¿De qué sirve mantener fijo a Ib? ¿Esto garantiza que Ube no cambiará o implica algo más?
Tenemos tres cantidades que importan: IC, VCE y VBE (o IB que está relacionado con VBE). Por lo tanto, dibujando IC=f(VCE) debemos mantener constante la tercera cantidad. Ambos dibujos son comunes: IB=const o VBE=const. En la mayoría de los casos. IB se mantiene constante porque las diversas curvas se ven "más bonitas": son equidistantes. Más que eso, con IB=const. es posible definir la tensión EARLY en el diagrama. Además, para IB=const (dIB=0), podemos definir el parámetro híbrido h22 (conductancia de salida para entrada de señal abierta). Sin embargo. VBE=const. es posible y se puede encontrar en algunas hojas de datos.
¡Esperar! ¿Cuál está relacionado con VBE? ¿IB o IE? Si ambos están arreglados, ¿IC no está arreglado de acuerdo con KCL?
Pero si las curvas son equidistantes, ¿cómo podemos definir el voltaje TEMPRANO en el diagrama?
¿Alguna vez vio un conjunto de curvas Ic=f(VCE) para IB=const? Esto responderá a todas sus preguntas.
Sí, por ejemplo el que encontré en wiki: en.m.wikipedia.org/wiki/Early_effect#/media/…
En la "región de saturación", ¿por qué Ic aumenta tanto a medida que crece Vce? ¿La línea entre "región de saturación" y "región activa" implica Ic = 0 en esa condición?
"tanto" es una cuestión de escala. Recuerde las características del diodo. es muy parecido
Hmm... No es tan trivial como pensaba. Tal vez tenga que pasar decenas de horas más entendiendo esto. ¡Gracias por responder tantas preguntas!

El diodo base-emisor transporta corriente tanto de huecos como de electrones; para una NPN, la corriente del emisor (tipo N, electrones) es dominante porque el emisor está fuertemente dopado en comparación con la base. Hay muchos electrones en el emisor que se mueven en respuesta a la polarización del voltaje base-emisor, y menos huecos en la base (moviéndose en la dirección opuesta). La corriente base debe compensar los orificios de salida para que el transistor no pierda el voltaje de polarización base-emisor (no hay orificios en el colector o el emisor). Por lo tanto, se debe suministrar una corriente de base (agujero) aproximadamente proporcional en el cable base, a la corriente de emisor más grande (electrones). Una segunda contribución a la corriente de base es la recombinación de electrones del emisor, que también agota los huecos de la base, pero sin moverlos (un electrón 'cae' en un hueco). Esta contribución también es proporcional a la corriente del emisor y se minimiza manteniendo la región de la base (tipo P, agujeros) muy delgada; la mayoría de los electrones del emisor viajan a través de la región sin recombinarse, y luego están en el colector donde son... recolectados. Ambos causan la pérdida de la carga base, tienen que ser 'reemplazados' por la corriente base, o la polarización del emisor (y la corriente) se apaga.

Para resumir: la corriente de la base es de los agujeros a la corriente del diodo emisor, más algunos electrones del emisor que causan eventos de recombinación en la base. La corriente del colector depende del VOLTAJE base-emisor , porque eso determina la fuente de corriente dominante (electrones emisores). La corriente base simplemente restaura la condición de voltaje base-emisor después de que los portadores de carga se mueven hacia adentro para quedarse, o hacia afuera y nunca regresan.

Entonces, ¿puede decirme qué controla el voltaje corrector-emisor?
¿Y qué causa esencialmente la corriente del emisor? ¿Quizás el voltaje del emisor base?
Además, ¿puedo decir "La corriente del colector solo depende del VOLTAJE del emisor base"? (¡Lo siento por hacer tantas preguntas!)
El voltaje colector-emisor VCE (a) polariza inversamente la unión CB pn (necesaria para la amplificación) y (b) hace que los portadores cargados emitidos por el emisor se muevan a través de la región base (99.5%) porque son atraídos por VCE>VBE ..
Sí, el IC de corriente del colector solo depende de VBE. Hay un IB actual, por supuesto, pero no tiene una función de control (¿pueden 3 agujeros de la base hacer que 1000 electrones abandonen el emisor?).
@LvW Solo por curiosidad: ¿Qué pasa si VCE = VBE? La unión CB pn no tendrá polarización inversa entonces, por lo que no atraerá electrones en la región base. Entonces, ¿IC será cero e IE será igual a IB?
IC e IE están controlados y solo controlados por VBE; IB es solo un producto secundario; Una vez que VCE es mayor que VBE, su valor específico no importa, porque la unión EB tiene polarización inversa. ¿Tengo razón?
@LvW Además, "Dado VBE, IE es fijo y, como resultado, la suma de IB e IC es fija. Cuando VCE <VBE, lo que IB e IC son dependen de VCE. Cuanto mayor es VCE, mayor es IC / IB es. Sin embargo, el valor de IC/IB está limitado por "beta", que se alcanza cuando VCE = VBE.
@LvW Sé que no es correcto pedirle que responda mis preguntas bajo la respuesta de otro, porque no obtendrá ninguna reputación de esto. Entonces, ¿podría escribir una respuesta simplemente copiando y pegando sus comentarios? Voy a votar y aceptarlo.

Su Q aparentemente se refiere a un transistor NPN ('agujeros inyectados en el emisor').

En un transistor bipolar (NPN o PNP; refiriéndose a NPN en esta respuesta), cuando la unión base-emisor está polarizada hacia adelante, fluye corriente. Este consiste en agujeros inyectados desde la base al emisor, y electrones desde el emisor a la base. Los transistores están construidos (dopaje más rico del emisor que de la base) de modo que la mayor parte de la corriente sea transportada por electrones en lugar de por agujeros.

Ahora, los agujeros inyectados en el emisor encontrarán un denso campo de electrones (el emisor está fuertemente dopado), y así se recombinarán rápidamente. Esto requiere que el terminal emisor suministre electrones de reemplazo.

Los electrones inyectados por el emisor en la base encontrarán muy pocos agujeros alrededor: la base está relativamente poco dopada. Por lo tanto, se produce una cantidad relativamente pequeña de recombinación, aunque esto requiere huecos y la consiguiente corriente de base. Tan pronto como estos electrones llegan al extremo de la base de la región de empobrecimiento, se difunden alejándose de ella. debido a que la base es delgada, esta difusión es 'rápida'.

Cualquier electrón que se difunda cerca de la unión colector-base será barrido a través de esa unión (si la unión colector-base tiene polarización inversa), porque el campo es tal que "atrae" electrones de la base al colector. Estos electrones forman una corriente de colector.

Por lo tanto, hay dos componentes importantes de la corriente de base: los orificios inyectados de B a E y los orificios para recombinarse con algunos de los electrones inyectados desde el emisor a la base (hay un componente adicional insignificante de fuga inversa del colector a la base). Si bien no son iguales, estos valores son generalmente similares (la corriente de recombinación suele ser menor que la corriente de inyección).

La corriente del emisor consiste en la recombinación de huecos y la inyección de electrones. Debido a la estructura de la unión, domina el componente de inyección.

La corriente del colector es principalmente la corriente de electrones del emisor inyectado, menos una pequeña cantidad que se pierde debido a la recombinación.

Entonces, debido a que a) en la unión BE, la inyección de electrones es mayor que la inyección de huecos, yb) la recombinación de electrones en la base es pequeña, la corriente del colector es una gran fracción (digamos 99 %) de la corriente del emisor, por lo tanto, la corriente de la base (que es la diferencia) es aproximadamente el 1% de la corriente del emisor.

Estos parámetros difieren de un dispositivo a otro, con la temperatura y con algunas imperfecciones y otros defectos en los dispositivos, pero los principios básicos son consistentes.

¿Por qué la relación de corrientes de colector a base en un transistor BJT siempre es mayor que 1?
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