Pourquoi un BJT est-il considéré comme «à courant contrôlé»?


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Avec les BJT, nous pouvons contrôler le courant de base en utilisant Vin (à partir du diagramme). Pourquoi les manuels indiquent-ils que les BJT sont contrôlés en courant alors qu'il est évident que le changement de la tension contrôle le courant à travers le collecteur?entrez la description de l'image ici


pourriez-vous s'il vous plaît poster le jpg en png et utiliser l'outil d'image? Ou dessiner le circuit avec l'outil d'édition de circuit?
Voltage Spike

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Juste pour compliquer votre vie, un BJT n'est pas contrôlé en courant. Voir l'ensemble complet des équations du modèle Ebers-Moll CC simplifié uniquement (injection, transport et hybride-pi non linéaire): electronics.stackexchange.com/questions/252197/…
jonk


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bonne douleur ... dans des circuits comme ceux représentés dans le dessin, personne ne pense aux modèles Ebers-Moll ou Hybrid-pi. Vous devez à peu près faire AVLSI pour vous préoccuper de ce genre de choses.
vicatcu

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@Raj, supprimez R1, puis nous verrons que l'intérieur d'un BJT est en effet contrôlé par Vbe. Mais cette approche de conception est principalement pour les conceptions d'amplificateurs diff discrets (comme l'intérieur des amplificateurs audio modernes couplés en courant continu.) Au lieu de cela, nous pouvons ignorer la physique intérieure du BJT et prétendre que Ib détermine Ic directement , même si ce n'est vraiment pas le cas. . Cela évite également d'avoir à traiter toutes les fonctions xfer non linéaires produites par les jonctions de diode.
wbeaty

Réponses:


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Dans le circuit ci-dessus, Vin contrôle le courant allant à la base, et non la chute de tension aux bornes de la base et de l'émetteur du transistor lui-même.

La chute de tension aux bornes de Vbe sera toujours d'environ 0,7 V pour Vin> 0,7; l'excès de tension sera chuté à travers le R1.

En changeant Vin, vous contrôlez en fait le courant allant à la base en fonction de l'équation:

jeB=(Vjen-0,7V)/R1

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Nitpick: la chute de tension à travers Vbe sera toujours autour de ce que dit la fiche technique, qui pourrait être aussi faible que 0,3 V pour certains BJT.
Dmitry Grigoryev

4
Ce qui se passe vraiment est le suivant: R1 réalise - avec le trajet base-émetteur - un diviseur de tension. Et la tension de signal Vin provoque une chute de tension correspondante à travers le chemin BE qui contrôle le courant du collecteur. Ce n'est donc PAS le courant de base Ib qui détermine Ic. Le contraire est vrai: Ib et Ic sont tous deux causés par Vbe.
LvW

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La première phrase est fausse et l'équation donnée à la fin est une approximation qui ignore la dépendance logarithmique de sur I B . V B E = V T ln β I BVBEjeB
VBE=VTlnβjeBjeS
Donc, s'il est vrai que ne change pas beaucoup, il n'est pas vrai que V B E ne change pas du tout. VBEVBE
Alfred Centauri

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Je ne sais pas pourquoi cette réponse est la mieux notée. C'est une bonne estimation mais ne répond pas à la question des OP sur pourquoi (ou pourquoi pas) son courant est contrôlé.
efox29

1
@lvw cela s'appelle une source courante, c'est ce que mmize a décrit. Le courant est fixe. Ce n'est pas un diviseur de tension car vbe ne change pas vraiment en fonction d'un changement de vin, qui est la définition d'un diviseur de tension.
Analog Arsonist

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Préambule

Commençons par une petite digression: qu'est-ce qui fait d'un générateur un générateur de courant au lieu d'un générateur de tension? Regardez les caractéristiques du VI: celui avec une tension principalement constante (presque horizontale dans le plan IV) sera appelé générateur de tension, celui avec un courant principalement constant (presque horizontal dans le plan VI) sera appelé générateur de courant.

modèle d'un générateur de tension

modèle d'un générateur de courant

(Photos prises sur le site Web des didacticiels électroniques)

En effet, l'accent est mis sur la quantité constante (la tension ou le courant fourni - tandis que l'autre quantité est variable en fonction de la charge et de la conformité du générateur). (Note 1)

Dans un appareil contrôlé, l'accent est mis sur la quantité variable. Compte tenu de la caractéristique d'entrée exponentielle, qui laisse Vbe presque constant, c'est le courant que vous aimeriez voir comme variable de contrôle. Ceci est une conséquence directe de la propagation des erreurs: lorsque vous avez une fonction raide, une petite erreur dans la quantité presque constante x se transformera en une erreur beaucoup plus grande dans la quantité q très variable (et vice versa).

propagation d'erreur avec une fonction raide

Image tirée de "Une introduction à l'analyse des erreurs", Taylor et déformée pour s'adapter à l'objectif

L'essentiel est qu'il est plus facile de distinguer entre 10 e 40 uA (rapport 1 à 4) que de séparer 0,65 V et 0,67 V (rapport 1 à 1,03). (Remarque pour les esprits moins flexibles: comme les valeurs les plus extrêmes que j'ai utilisées avant cette édition, ce sont des valeurs composées destinées à montrer le contraste entre un changement perceptible dans ce que vous voulez voir comme variable de contrôle - le courant entrant dans la base - et le faible changement de la tension entre la base et l'émetteur).

La chose la plus simple

Vous pouvez voir pourquoi cela s'appelle le contrôle de courant en le poussant à ses limites en adoptant le modèle le plus simple pour un BJT, comme l'ont montré Chua, Desoer et Kuh dans leurs "Circuits linéaires et non linéaires": dans les images suivantes, toutes les diodes sont idéales ( la tension de seuil est nulle, tout comme la résistance série; ce sont des circuits parfaitement ouverts en polarisation inverse et des courts-circuits parfaits en polarisation directe).

modèle linéaire par morceaux le plus simple pour le BJT

E0 ajoute une tension de seuil à la caractéristique d'entrée, tandis que l'action du transistor est exprimée par ic = beta * ib. Notez que le générateur de courant contrôlé par courant. Voici les caractéristiques d'entrée et de sortie correspondantes

caractéristiques linéaires par morceaux les plus simples pour le BJT

Assez simple, non? Vous pouvez cependant les comparer aux caractéristiques réelles et voir qu'elles leur ressemblent. Aussi simple soit-il, c'est un modèle légitime et peut être utilisé pour modéliser des circuits où, en changeant ib (vous ne pouvez pas changer Vbe dans ce modèle, car il est fixe), vous changez la valeur de Ic. Vous pouvez voir comment effectuer un changement ib en coupant la caractéristique d'entrée avec la ligne de charge d'entrée

ligne de charge dans le circuit d'entrée

En changeant E1 (ne fait pas partie du BJT), vous changez ib (partie du BJT). Ensuite, vous pouvez trouver la valeur de ic correspondant à cette valeur de ib, sélectionner la caractéristique de sortie correspondante et trouver la tension par intersection avec la ligne de charge de sortie.

ligne de charge dans le circuit de sortie

Quelqu'un va sauter sur leur siège en criant " QUOI? Vous utilisez la bêta pour concevoir un amplificateur qui sera mis en production mondiale pour des applications nucléaires critiques? De plus, d'où pensez-vous que la bêta vient? De plus, ne savez-vous pas que la bêta peut changer autant que neuf millions de gazillions pour cent rien qu'en le regardant? "

Le fait est que pour un transistor donné, vous avez une valeur bêta raisonnablement définie (vous pouvez la mesurer à l'avance, donc peu importe si le lot de production présente une dispersion honteuse) et si vous n'allez pas trop loin, vous pouvez raisonnablement ignorer sa variation avec les autres paramètres électriques. Notez qu'il s'agit d'un modèle simplifié qui ne modélise pas les variations de bêta avec la température, le courant ou même la couleur des cheveux; c'est un modèle simplifié qui saisit l'essentiel de l'action des transistors, un peu comme le "transistor man" parfois injurié de The Art of Electronics.

Pouvez-vous trouver la fréquence de coupure du transistor de ce modèle? Nan. Pouvez-vous expliquer l'effet précoce avec ce modèle? Nan. Pouvez-vous expliquer la résistance différentielle de la jonction BE avec ce modèle? Nan. Pouvez-vous rendre compte de la production de paires de charges due au rayonnement? Nan. Pouvez-vous rendre compte de la quantification du second champ et de la flexion de l'espace-temps? Nan.

Est-ce à dire que ce modèle est complètement inutile? Nan. Le comportement extrêmement simplifié de ce modèle montre pourquoi de nombreux manuels indiquent que les BJT sont contrôlés en courant. La caractéristique d'entrée réelle ressemble à cette ligne verticale où vous ne pouvez faire varier que ib, et non vbe, dont la valeur est considérée comme fixe. (Et c'est pourquoi j'ai fait cette digression au début de cette réponse).

Vous voudrez peut-être comparer le modèle le plus simple pour un Mosfet: la page 151 de Chua en a un aussi.

caractéristiques MOSFET les plus simples

Comme vous pouvez le voir, le courant de grille est fixe (à zéro pour être pédant), une condition double de celle montrée dans le BJT: la caractéristique d'entrée du VI est horizontale. Le seul contrôle que vous avez ici est au moyen de vgs. Est-ce à dire que nous nions l'existence de l'effet tunnel? Non, ce n'est qu'un modèle. Un modèle simplifié qui, entre autres, ne considère pas la tunnellisation mais parvient toujours à montrer pourquoi dans un MOSFET vous agissez sur la tension grille-source.

Jusqu'à présent, nous avons vu comment la relation (simplifiée) entre ib et ic peut être considérée comme un contrôle de ic au moyen de ib, via bêta. Mais on peut aussi utiliser alpha, pourquoi pas? Permettez-moi de citer, mot pour mot, un autre manuel qui considère les dispositifs contrôlés actuels des BJT: "Physique quantique de l'atome, des molécules, des solides, des noyaux et des particules 2e", par Eisberg et Resnick, p. 474 (à la page 475 est montrée une configuration de base commune):

L'idée de base de l'action du transistor est qu'un courant dans le circuit émetteur contrôle un courant dans le circuit collecteur. Plus de 90% du courant traversant l'émetteur, de sorte que les courants sont de même ampleur. Mais la tension aux bornes du collecteur de base peut être très supérieure à celle aux bornes de la connexion émetteur-base, car la première est polarisée en inverse, de sorte que la puissance de sortie dans le circuit du collecteur peut être très supérieure à la puissance absorbée dans le circuit d'émetteur. . Le transistor agit donc comme un amplificateur de puissance.

Ces deux messieurs ignorent-ils le rôle joué par la mécanique quantique dans la théorie des bandes des solides? N'ont-ils pas entendu parler des statistiques quantiques? Savent-ils même ce qu'est un trou (sans parler du tempco)? Auraient-ils pu oublier que l'application de tensions pouvait modifier les profils de niveau d'énergie attribués aux bandes de valence et de conduction? Je ne pense pas. Ils ont simplement choisi un modèle plus simple pour expliquer comment on peut interpréter l'action dite du transistor.

L'artiste Bruno Munari a dit un jour: " Compliquer c'est simple, simplifier c'est compliqué ... Tout le monde est capable de compliquer. Seuls quelques-uns peuvent simplifier ". Entre autres, Chua, Desoer, Kuh, Eisberg et Resnick ont ​​choisi de simplifier.

Qui joue en base, d'abord?

Maintenant, revenons aux (presque) vrais transistors. Voici les premiers caractères vbe que j'ai créés après une recherche d'images Google :

caractéristiques vbe-ib

Je ne sais pas si c'est réel, mais ça a l'air plausible. La chose à noter ici est que lorsque ib change considérablement, par 100s de pourcentages, vbe change par des quantités relativement petites, juste une poignée de pourcentages. Cela est dû à la relation exponentielle de la jonction BE. Supposons que vous souhaitiez utiliser ce BJT pour produire 10 mA les jours impairs et 15 mA les jours pairs. Vous avez un laboratoire allemand mesurant la bêta du transistor particulier dans votre main et il est sorti comme 250 sur la plage d'intérêt. Disons que vous avez un générateur de courant et de tension avec une précision de 10%.

Contrôle actuel : vous pouvez utiliser ic = beta ib pour trouver la valeur de ib que vous devez définir. Les valeurs nominales de 10 et 15 mA de ic nécessitent des valeurs nominales de 40 e 60 uA pour ib. Étant donné la précision de votre générateur de courant, vous vous attendez à voir les plages de courant suivantes en entrée et en sortie:

ib = 36-44 uA -> ic = 9-11 mA ib = 54-66 uA -> ic = 13,5-16,5 mA

Contrôle de tension : vous ne croyez pas à la bêta, vous devez donc spécifier une tension qui crée un vbe de ... Oui, de quoi? Allez le lire sur le graphique ci-dessus (mais vous devrez alors accepter la terrible relation ic = beta ib). Je suppose que vous devrez utiliser le modèle Ebers-Moll pour calculer les valeurs aux valeurs souhaitées pour ic. Mais disons que nous avons déterminé qu'il s'agit précisément de 0,65 et 0,67 V (tout comme j'ai utilisé une valeur précise pour la version bêta, ci-dessus) Lorsque nous essayons de définir ces valeurs précises, notre générateur précis de 10% fabriqué en Chine fournira les plages de tension suivantes

0,585 - 0,715 V -> retour à Ebers-Moll, pour calculer ic, ... dommage que l'incertitude soit exponentiée ...

0,603 - 0,737 V -> non, attendez, avant de calculer ...

... il semble que nous ayons déjà une superposition dans les plages de tension que nous fournissons: nous ne pourrons peut-être pas distinguer les jours pairs des jours impairs.

Je suppose qu'il vaut mieux avoir recours à la base de courant pour contrôler le courant du collecteur.

Avec le contrôle du courant, même si je permets une erreur de 10% sur la valeur mesurée de beta, je peux toujours (à peine, mais toujours) distinguer les deux gammes de courant (8.10-12.10 mA vs 12.15-18.15 mA) correspondant aux impairs et jours pairs.

Avec le contrôle de la tension, si vous ajoutez une erreur de 10% sur la valeur calculée (ou lue sur le diagramme) de la tension (et je suis généreux car cette erreur va être amplifiée), vous êtes déjà perdu dans l'incertitude. C'est la théorie de base de la propagation des erreurs.

Entracte

Ce message prend du temps, j'en reviendrai un autre pour ajouter quelque chose de plus. Permettez-moi d'aborder la question de la guerre de religion à laquelle vous avez pu assister. Qu'est-ce que ça signifie?

Les transistors sont des dispositifs à semi-conducteurs dont le fonctionnement interne doit être expliqué en utilisant les lois de la physique quantique. Étant donné la structure des bandes des niveaux d'énergie des porteurs électriques dans les solides, il est naturel de recourir aux niveaux d'énergie pour représenter le fonctionnement interne de ces appareils. L'énergie et le potentiel sont étroitement liés, de sorte que la plupart des modèles ont tendance à exprimer des quantités pertinentes en fonction des potentiels (différences). La raison pour laquelle j'ai écrit

Remarque: La dépendance à l'égard de Vbe indiquée dans le modèle Ebers-Moll n'implique pas une relation de cause à effet. C'est juste plus simple d'écrire les équations de cette façon. Personne ne vous interdit d'utiliser des fonctions inverses.

est que la tension et le courant sont également étroitement liés: ce sont des quantités couplées du type effort-flux, de sorte que, fondamentalement, vous ne pouvez pas en avoir un sans l'autre. C'est une question délicate cependant, et je suppose que l'on devrait également considérer ce que cela signifie de créer une différence de tension. N'est-il pas créé par le déplacement de charges (par réaction électrochimique dans une batterie, par interaction électromagnétique dans un générateur mécanique). Je soupçonne qu'au final, tous les appareils sont essentiellement contrôlés par la charge: vous déplacez les charges d'ici à là et obtenez un certain effet.

Je soupçonne que les croisés du `` contrôle de la tension '' supposent que leur homologue du `` contrôle du courant '' a appris l'électronique dans les livres de Forrest Mims et n'a jamais vu de livre sur la physique quantique, les semi-conducteurs ou les dispositifs à semi-conducteurs. Ils semblent ignorer la signification de variable de contrôle comme la variable que l'on choisit de régler pour actionner un contrôle. J'espère que la citation d'Eisberg & Resnick (deux physiciens «solides» si vous me permettez le jeu de mots) leur montrera que ce n'est pas le cas.


Remarque (1) Les courbes de générateur idéales ne sont que cela: idéales. Essayez d'imaginer une transition d'un générateur de tension idéal à un générateur de courant idéal passant par des générateurs de tension bons, moyens et moche, puis des générateurs de courant moche, moyens et bons.


Dans votre note, la première phrase est tout simplement fausse! Le modèle Ebers-Moll n'implique pas quelque chose, mais plutôt une relation de cause à effet. Veuillez consulter le document de brevet W. Shockleys. Vous avez raison, vous pouvez toujours créer des fonctions inverses (sur papier) - alors quoi? Pensez-vous que vous pouvez échanger les causes et les effets sur le papier? Soit dit en passant: avez-vous déjà conçu des transistors (car vous mentionnez des tensions Vbe amusantes). Connaissez-vous la dégénérescence des émetteurs (rétroaction de TENSION contrôlée par le courant)?
LvW

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J'ai composé ces valeurs pour illustrer la différence entre essayer de définir des valeurs proches de veeeeeery veeeeeeery de Vbe et des valeurs discernables d'Ib (j'ai également ajouté dans le commentaire d'édition que je voulais rendre ces valeurs plus extrêmes). Je ne voulais pas perdre de temps à trouver des valeurs plausibles, mais plus tard pour ceux qui n'ont pas assez de flexibilité mentale, j'ajouterai une photo ou deux. Comme je l'ai écrit ci-dessus: essayez de contrôler le BJT en supprimant Rb et en fournissant une tension pure à Vbe. Bonne chance. (Oh, au fait: le modèle simplifié ne peut pas non plus être utilisé pour expliquer la tension précoce.).
Sredni Vashtar

Il semble que vous ayez oublié ma mention de la dégénérescence des émetteurs. Plus que cela, ai-je parlé de fournir une "tension pure" à la base? Vous devez essayer d'être juste. Comme vous l'avez mentionné, l'effet Early. Savez-vous que l'explication de cet effet prouve le contrôle de la tension? Avez-vous déjà entendu parler du tempco -2mV / K? Avez-vous déjà pensé à la signification de cette valeur?
LvW

1
J'aime ce commentaire: La dépendance à l'égard de Vbe montrée dans le modèle Ebers-Moll n'implique pas une relation de cause à effet. C'est juste plus simple d'écrire les équations de cette façon. Personne ne vous interdit d'utiliser des fonctions inverses
jbord39

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@LvW ce que vous avez fait s'appelle techniquement "mutatio controversiae". C'est une technique bien connue. Je vous suggère de relire mon article avec plus d'attention, en particulier la citation de Munari. BTW, en ce qui concerne le circuit dans la question (pas un autre, celui dans la question), vous n'avez toujours pas dit quelles valeurs de vbe vous définiriez pour produire 10 e 15 mA en courant de collecteur (et comment prévoyez-vous de les régler ). Pourquoi donc?
Sredni Vashtar

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jeC=βjeB

Il est plus utile de le considérer comme une source de courant à tension contrôlée lorsque vous effectuez une analyse de petit signal, comme pour un amplificateur, en utilisant le mode pi hybride l.

entrez la description de l'image ici

Ni l'un ni l'autre n'est particulièrement utile lorsque vous évaluez des applications de commutation, car le courant de base sera suffisamment élevé pour que le courant du collecteur soit déterminé par le circuit externe et non par les caractéristiques du transistor (le premier aide quelque peu à garantir que cette condition existe).


Spehro Pefhany, à propos de votre première phrase: Je pense que pour la détermination du point de polarisation, nous ne devons pas imaginer "en général" que le BJT serait contrôlé en courant. La méthode de polarisation classique utilisant un diviseur de tension au nœud de base est certainement basée sur la vue de contrôle de tension.
LvW

β

1
Art of Electronics II aborde ce problème en profondeur, donnant des exemples d'échecs de conception causés par "le hfe-think" enseigné par la plupart des autres textes. Le principal problème est la variabilité du hfe entre les transistors et sur une large plage de températures. S'appuyer sur hfe est très bien pour les conceptions d'amateur ponctuelles qui restent à 20 ° C. Mais dans un produit fabriqué en série avec un transistor hfe entre 80-300 et une plage de températures automobile, la plupart échouent à moins que les effets hfe ne puissent être supprimés (supprimés en utilisant la philosophie de conception basée sur la tension commune aux entrailles d'amplificateurs opérationnels.)
wbeaty

@wbeaty: que se passe-t-il avec la croisade de physique BJT? Le PO a demandé pourquoi il est considéré comme un appareil à courant contrôlé, et NE DEVRAIT-IL PAS être considéré comme un appareil à courant contrôlé. De plus, la réponse mentionne qu'il s'agit d'une analyse de signaux volumineux.
jbord39

@wbeaty Il n'est pas rare de spécifier la bêta plus précisément dans la production en volume. Par exemple, C1815Y (était très populaire dans les conceptions japonaises) a une gamme de 120 à 240.
Spehro Pefhany

4

VBE


1
C'est une approximation si utile que toute fiche technique BJT que vous consulterez caractérisera la version bêta.
vicatcu

1
Oui - la version bêta est spécifiée. Et alors ? De ce fait, dérivez-vous vraiment que le BJT serait contrôlé par le courant de base? Ou avez-vous d'autres arguments? Je doute.
LvW

2
Les dispositifs @vicatcu peuvent être caractérisés de différentes manières, y compris des paramètres fictifs ou des fonctions d'autres paramètres plus primaires.
Kaz

7
@Kaz: Je pense qu'il est faux de dire qu'un BJT n'est pas contrôlé en courant simplement parce que le courant de base peut être exprimé en fonction de la tension base-émetteur. En fait, il est contrôlé par le courant car physiquement, le courant de base est important. Sinon, vous pourriez aussi dire qu'un BJT est à température contrôlée au lieu de courant contrôlé ...
Curd

1
> ... caractérisera la bêta. Oui, ils garantissent que la valeur de hfe se situe entre 80 et 300!
wbeaty

4

D'autres réponses ont exprimé des opinions sur le fait que le BJT soit commandé en tension ou en courant ou les deux. Dans ma réponse, je souhaite plutôt aborder ceci:

quand il est évident que changer la tension contrôle le courant à travers le collecteur?

Considérez le circuit alternatif suivant:

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

N'est-il pas évident que

jeC=βCjeB

et

jec=βunecjeb

et donc que le courant de base contrôle le courant à travers le collecteur?

jeBVBEVBEjeB

Donc non , il n'est pas évident , par votre exemple, que le BJT soit contrôlé en tension.


vBEjeB

entrez la description de l'image ici

De même, on peut confirmer qu'on peut contrôler le courant du collecteur en contrôlant la tension base-émetteur avec une source de tension.

Quoi qu'il en soit, quelques utilisateurs ont fortement exprimé leur position selon laquelle le courant du collecteur BJT est clairement contrôlé en tension et que suggérer le contraire est au-delà du pâle.

Cela fait un moment que je n'ai pas étudié la physique du solide, j'ai donc décidé de consulter ma bibliothèque de manuels d'EE. Le premier manuel que j'ai sorti de l'étagère est " Solid State Electronic Devices ", 3e éd.

Voici une citation détaillée de la section 7.2.2:

jeCjeB

jeCjeEjeBjeC

jeB

τtWbLpτp

τpτpτtτpτt

jeCjeB=β=τpτt

γ=1

(jeB)jeB

Maintenant, je suis presque certain que ceux qui sont fermement dans le camp de contrôle de tension interpréteront cela comme une confirmation de leur position, tout comme ceux qui sont fermement dans le camp de contrôle actuel. Je vais donc en rester là. Que les aboiements commencent ...


1
Ils confondent "l'état d'esprit supérieur pour une conception analogique appropriée compte tenu des variations de processus" avec "des façons raisonnables de penser aux choses"
jbord39

3

VjenjeBjeB=Vjen/R1jeC=βjeB

VjenjeCR1R1Vjen

Peut-être qu'un exemple l'expliquerait mieux. Imaginez que je conduis une voiture, et sa vitesse dépend de la force avec laquelle je pousse le gaz et de la durée. Mais je ne veux pas d'amende, donc je respecte toujours les limites de vitesse. Maintenant, vous venez et dites:

Pourquoi disent-ils que les voitures sont contrôlées par la pédale d'accélérateur, alors qu'en réalité leur vitesse dépend d'objets métalliques plats avec des chiffres peints sur eux?

Donc, ce que vous dites est vrai dans ce cas particulier, mais cela ne change pas le fait que les voitures ne se soucient pas du tout des objets métalliques plats dans leur environnement.


donc R1 varie u dites
Raj

La chute de tension sur la base est généralement de 0,6-0,7 V
vicatcu

2
R1 est externe au BJT je dis.
Dmitry Grigoryev

@vicatcu Je dirais que c'est généralement 0,3-0,7 V, et oui, c'est ce que j'appelle petit pour des raisons de simplicité.
Dmitry Grigoryev

1
@horta J'ai essayé de rendre ma citation plus conviviale à l'international.
Dmitry Grigoryev

2

Si vous avez fait de Vin une constante et R1 une variable diriez-vous que les BJT sont des dispositifs contrôlés par résistance?

Dans votre configuration, vous semblez contrôler une tension et observer qu'elle est capable d'affecter le courant du collecteur. Il est raisonnable de l'utiliser comme preuve que le courant de ce circuit est contrôlé en tension, mais il n'est pas raisonnable de dire que cela signifie que tous les BJT sont contrôlés en tension.

Vous devez faire une distinction entre l'ensemble du système et un composant du système, même s'il s'agit du composant le plus intéressant ou même du seul à l'aspect intéressant.


1
Concernant le problème de la commande, il est important de distinguer (1) le transistor "nu" (dispositif de transconductance commandé en tension) et (2) un circuit de travail, qui se compose du BJT et des résistances environnantes. Un tel circuit peut (peut, mais pas nécessairement) être considéré comme commandé en courant. C'est le cas lorsque dans l'exemple ci-dessus la résistance série R1 est très grande par rapport à la résistance d'entrée des transistors au nœud de base.
LvW

2

Je pense qu'il est logique d'appeler un courant BJT contrôlé lorsque vous le comparez au MOSFET.

Le MOSFET a une grille, et plus la tension sur la grille (qui ne tire pratiquement pas de courant) est élevée, plus la conductance du drain-> source est élevée. Il s'agit donc d'un appareil commandé en tension.

Alternativement,

Un BJT a une base. Plus la conductance du collecteur à l'émetteur est élevée, plus le courant de base est élevé.

Comme exemple pratique qui met vraiment en évidence la différence:

  • Mémoire flash

Cette topologie de mémoire est impossible à implémenter avec les BJT, car un courant de base constant est requis pour la conduction. Dans un MOSFET, des charges peuvent être injectées dans une grille isolée. S'ils sont injectés, ils y resteront et garderont le MOSFET en permanence. Cette conductance (ou son absence, si aucune charge n'a été injectée) est détectée et utilisée pour lire l'état binaire stocké.


Désolé - ce n'est pas une description correcte du principe de fonctionnement du BJT. Avez-vous déjà entendu parler de l'équation exponentielle de Shockley Ic = f (Vbe)? Savez-vous que la transconductance gm = d (Ic) / d (Vbe) est le paramètre clé du processus d'amplification? Savez-vous que deux transistors différents avec des valeurs bêta différentes (100 et 200) fourniront le même gain de tension (courant de repos identique Ic)?
LvW

@LvW Je pense que le point que jbord39 fait est que vous ne pouvez pas avoir de tension sans courant et vice versa. Par conséquent, selon la définition la plus stricte, rien ne peut vraiment être un appareil commandé en courant ou en tension (seul). Par conséquent, il essaie de répondre à la question de savoir pourquoi les manuels scolaires prennent la peine de faire la distinction. La sortie d'un BJT dépend beaucoup du courant d'entrée contrairement à un MOSFET, c'est pourquoi je suppose que les manuels indiquent que certains appareils sont contrôlés en courant ou en tension (alors qu'en réalité ce n'est jamais vraiment le cas).
horta

horta, il n'est tout simplement pas vrai que la sortie du BJT soit "très dépendante du courant d'entrée". Chaque livre et page d'accueil fiable (!!!) des principales universités américaines peut vous dire le contraire. Personne ne nie qu'un courant de base existe mais il peut être considéré simplement comme une "nuisance ou un défaut" (comme l'a mentionné le célèbre spécialiste du BJT Barrie Gilbert).
LvW

@LvW: En plus de cela, sa question n'est pas "Un BJT est-il contrôlé par le courant" mais " Pourquoi un BJT est-il considéré comme contrôlé par le courant".
jbord39

3
@LvW electronics.stackexchange.com/questions/201533/… Étant donné que la tension et le courant dans les appareils n'existent pas l'un sans l'autre, vous ne pouvez pas dire que le BJT est vraiment un appareil commandé en tension. Même le modèle Ebers-Moll n'est rien de plus qu'un modèle (une approximation que les humains utilisent pour résumer les détails désordonnés du monde réel).
horta

1

Jusqu'à présent, je compte 10 réponses et beaucoup de commentaires. Et encore une fois, j'ai appris que la question de savoir si le BJT est contrôlé en tension ou en courant semble être une question de religion. Je crains, le questionneur (« Pourquoi les manuels scolaires déclarent-ils que les BJT sont actuellement contrôlés ») sera confus à cause de tant de réponses différentes. Certains ont raison et certains ont totalement tort. Par conséquent, dans l'intérêt de l'intervenant, j'aimerais résumer et clarifier la situation.

1) Ce que je ne comprendrai jamais, c'est le phénomène suivant: Il n'y a pas une seule preuve que le courant de collecteur Ic d'un BJT serait contrôlé / déterminé par le courant de base Ib. Néanmoins, il y a encore des gars (même des ingénieurs!) Qui répètent encore et encore que le BJT - selon eux - serait contrôlé par le courant. Mais ils ne font que répéter cette affirmation sans aucune preuve - pas de surprise, car il n'y a pas de preuve et pas de vérification.

La seule «justification» est toujours la relation simple Ic = beta x Ib. Mais une telle équation ne peut jamais rien nous dire sur la cause et l'effet. Plus que cela, ils oublient / ignorent comment cette équation a été dérivée à l'origine: Ic = alpha x Ie et Ie = Ic + Ib. Par conséquent, Ib n'est qu'une (petite) partie de Ie - rien d'autre. (Barrie Gilbert: Le courant de base n'est qu'un "défaut").

2) En revanche, il existe de nombreux effets observables et propriétés des circuits qui montrent et prouvent clairement que le BJT est commandé en tension. Je pense que tous ceux qui savent comment fonctionne une simple diode pn devraient également reconnaître ce qu'est une tension de diffusion et comment une TENSION externe peut réduire l'effet de barrière de cette propriété fondamentale de la jonction pn.

Nous devons appliquer une TENSION appropriée aux bornes correspondantes pour permettre à un courant de traverser la zone d'appauvrissement. Cette tension (resp. Le champ électrique correspondant) est la seule grandeur qui délivre la force du mouvement porteur chargé, que nous appelons courant! Y a-t-il une raison pour que la jonction pn base-émetteur se comporte complètement différemment (et ne réagit PAS à la tension)?

Sur demande, je peux énumérer au moins 10 effets et propriétés de circuit qui peuvent être expliqués uniquement avec un contrôle de tension. Pourquoi ces observations sont-elles si souvent ignorées?

3) L'intervenant a présenté un circuit qui mérite un commentaire supplémentaire. On sait qu'un ampli op (indubitablement piloté en tension) peut être câblé en tant qu'amplificateur de courant en tension (amplificateur transrésistif). Cela signifie: Nous devons toujours faire la distinction entre les propriétés de l'amplificateur «nu» et un circuit complet avec des pièces supplémentaires.

Dans le cas présent, cela signifie: le BJT en tant que pièce autonome est alimenté en tension - cependant, en regardant l'ensemble du circuit (avec une résistance R1), nous pouvons traiter l'arrangement complet comme un circuit alimenté en courant si R1 est beaucoup plus grand que le résistance d'entrée du chemin BE. Dans ce cas, nous avons un diviseur de tension entraîné par la tension Vin.


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Bien sûr, ce n'est pas une religion, c'est plutôt la physique / les ingénieurs par rapport aux croyances incorrectes enseignées à l'école primaire. Nous sommes censés abandonner ces modèles simples lorsque nous atteignons des niveaux plus élevés (EE de premier cycle.) Les amplis Diff ne peuvent pas être expliqués par des modèles basés sur hfe. Les miroirs actuels non plus. Les amplificateurs ne peuvent pas non plus cascode. IMPORTANT: si vous croyez que ib contrôle Ic, les amplis audio modernes resteront à jamais derrière une barrière de confusion et d'ignorance, car les circuits audio couplés en CC utilisent des conceptions BJT basées sur la tension où hfe n'est pas pertinent. Situation similaire: regardez l'intérieur du TL071, etc.
wbeaty

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@wbeaty: ce qui est ridicule, c'est que je suis d'accord avec LvW et vous sur le fonctionnement de BJT. Pourtant, je peux toujours comprendre que le BJT nécessite du courant pour fonctionner. De plus, j'ai l'impression que la dichotomie VI n'est qu'une dualité dans ce cas, comme le montre le logarithme naturel de l'équation de la diode shockley. Mais, je suppose que deux pensées légèrement opposées sont trop pour votre tête (avec toute cette théorie là-dedans !!)
jbord39

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Je soupçonne qu'une grande partie du débat ici dépend de ce que l'on entend par contrôle . Puisqu'une simple simulation SPICE confirmera que l'on peut contrôler le courant de collecteur en contrôlant le courant de base, l'énoncé "le courant de collecteur est contrôlé par le courant de base" est incontestablement vrai dans ce sens. Si, comme LvW et wbeaty semblent le faire, on choisit d'insister sur le fait qu'une telle déclaration est fausse dans tous les sens, je vais simplement le signaler: i.stack.imgur.com/LqFx1.png
Alfred Centauri

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@LvW, je suis déçu, mais pas entièrement surpris de votre réponse très faible.
Alfred Centauri

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@LvW: alors vous êtes au-delà du raisonnement. le modèle avec lequel vous avez épousé votre âme n'est que cela: un modèle. des modèles progressivement plus complexes apparaissent à mesure que nous réalisons des interactions plus approfondies. l'équation de la diode shockley est basée sur une autre formule exponentielle empirique, à savoir l'équation d'Arrhenius. Cela ne tient pas compte du niveau micro de la mécanique quantique, mais donne des résultats très prévisibles (statistiques). Hélas, ce n'est qu'un modèle. Les physiciens ne peuvent même pas s'entendre sur le stockage de l'énergie dans un champ; vous prétendant avoir une compréhension complète de la jonction pn est assez risible.
jbord39

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Implicitement, deux questions:
1. pourquoi peut- on le considérer comme «contrôlé par le courant», et
2. pourquoi est-il commode d'envisager un BJT «contrôlé par le courant».

Première question. Mathématiquement, l'appareil impose deux équations à l'espace des paramètres, qui comprend deux tensions et deux courants (l'un peut ajouter de la température, des éléments liés au temps pour tenir compte des effets transitoires, mais cela ne changera pas le nombre d'équations). Le système peut être exprimé de manière équivalente sous différentes formes. Contrairement à un FET, où les modes marche / arrêt ne diffèrent pas dans le courant de grille, dans un BJT, tout changement de commande entraîne certains décalages sur les plans de tension et de courant. Chaque avion représente deux degrés de liberté. On peut donc considérer deux tensions comme des variables indépendantes, ou deux courants. Ou, disons,VBC et jeE, avec d'autres paramètres qui en dépendent. Aucune différence.

Deuxième question. Selon le bon sens, il est raisonnable de traiter comme contrôle un tel paramètre dont les petits changements entraînent un changement important (mais prévisible) du mode de fonctionnement. De plus, la commande d'un transistor se produit en grande partie ou entièrement dans la région active vers l'avant, utile pour son gain. Les paramètres candidats les plus évidents sont VBE et jeB, dont les petits changements (en B – E biaisé vers l'avant) entraînent de grands changements de la caractéristique du collecteur. Mais les effets deVBE sont fortement non linéaires, alors que (pour les VBCVEC) les courants dans un BJT dépendent de jeBpresque linéairement. C'est tout.


-1

Le courant du collecteur est, par définition / physique, une fonction du courant de base (et implicitement de la demande de courant de charge). La formule directrice d'un BJT estjeC=βjeB. Oùβ est le gain, jeB est le courant passant par la jonction BE, et jeC est le courant (maximum) à travers la jonction CE.

La tension de base (c'est-à-dire la tension mesurée à la borne de base par rapport à GND) est en fait plus ou moins constante (au moins en saturation), comme caractéristique d'une chute de tension directe de diode.


comment changez-vous le courant de base?
Raj

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C'est intéressant - une mauvaise réponse obtient un point. Peut-être parce que la réponse était si simple? («Je pense qu'il est beaucoup plus intéressant de vivre sans savoir que d'avoir des réponses qui pourraient être erronées.» R. Feynman).
LvW

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vicatcu - êtes-vous sûr d'avoir raison? Savez-vous que vous vous trompez complètement? Le paramètre clé pour l'amplification est la transconductance gm qui est la PENTE de la courbe exponentielle Ic = f (Vbe). Qu'est-ce qui vous fait penser que Vbe est une constante? Ma recommandation: consultez un manuel fiable avant de donner de fausses réponses.
LvW

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@vicatcu mal. La physique montre clairement que Ie (et Ic) est contrôlé par la barrière de potentiel de la jonction BE, et NON par le courant de base. Cependant, le courant de base et le potentiel BE sont liés ensemble par l'équation de diode. En termes simples, le courant de base contrôle Vbe, puis Vbe contrôle directement Ie (et donc Ic.) En d'autres termes, l'équation de gain de courant n'est pas une physique fondamentale, car il n'y a pas de mécanisme permettant à Ib d' affecter directement Ie ou Ic. Ib a un contrôle indirect de Ic (via des variations de Vbe), donc "hfe" est un concept très utile. Mais hfe n'est pas la physique fondamentale du BJT.
wbeaty

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En bout de ligne, dans le circuit de l'OP, la source de tension est très probablement une sortie 0 / 5v d'un contrôleur, et la résistance est sélectionnée pour définir le courant de base, pas la tension de base. Personne ne conteste la physique fondamentale d'un BJT, c'est juste une construction d'application spécifique au contexte.
vicatcu
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