Die sogenannte "Common Emitter Current Gain" ist ein Bereich , keine Konstante. Gute Designs hängen nicht davon ab.

Kurze Antwort : Das Ebers-Moll-Modell gibt eine Beziehung zwischen dem Kollektorstrom und der Basis-Emitter-Spannung an. So können Sie durch den Kollektorstrom gesteuert, um die Basis-Emitter-Spannung, wie bzw. als der Kollektorstrom gesteuert wird durch die Basis-Emitter-Spannung.

Viele Leute machen den falsch Anspruch anzeigen können dass es eine nützliche Beziehung zwischen dem Basisstrom und dem Kollektorstrom gibt und daher fälschlicherweise behauptet, dass ein Transistor eine "stromgesteuerte Stromquelle" ist. Ein Transistor ist keine stromgesteuerte Stromquelle.

Lange Antwort :

Die Verwirrung darüber, ob ein BJT stromgesteuert oder spannungsgesteuert ist, kommt von zwei Quellen. Das erste ist, dass die Gleichungen, die wir zur Beschreibung elektrischer Schaltkreise verwenden, keine Definitionen einer Variablen in Bezug auf mehrere andere sind. Sie beschreiben vielmehr eine Einschränkung zwischen mehreren Variablen. Nehmen Sie das Ohmsche Gesetz: \ $ V = IR \ $. Dies ist keine Definition der Spannung. \ $ I = V / R \ $ ist auch keine Definition des Stroms oder \ $ R = V / I \ $ eine Definition des Widerstands. Vielmehr heißt es, dass in jeder Schaltung (mit einem ohmschen Gerät) diese Gleichheit immer gilt. Egal wie wir den Strom ändern, die Spannung bleibt immer proportional zum Strom. Unabhängig davon, wie wir die Spannung ändern, bleibt der Strom immer proportional zur Spannung. (Eine wahre Geschichte: Ich habe mal einen Lebenslauf von einem Herrn empfangen, der als eine seiner Qualifikation aufgeführt, dass er wusste, und könnte verwenden, das Ohmsche Gesetz „in allen drei Formen“).

Die wichtigsten Einschränkungen bei der Beschreibung Wie ein Transistor innerhalb einer Schaltung funktioniert, sind die Schockley-Diodengleichungen, die im Ebers-Moll-Modell verwendet werden. Im aktiven Modus führt dies zu der Einschränkung, dass: $$ I_E = I_ {ES} (e ^ {V_ {BE} / V_T} - 1) $$

wobei \ $ I_ {ES} \ $ eine Konstante ist, die den Transistor beschreibt, und \ $ V_T \ $ die thermische Spannung ist (ca. 26 mV bei Raumtemperatur). Dies beschreibt also eine Beziehung (Einschränkung) zwischen dem Emitterstrom \ $ I_E \ $ und der Spannung zwischen Basis und Emitter \ $ V_ {BE} \ $. Ja, der Strom ist auf der linken Seite und die Spannung ist auf der rechten Seite, aber das liegt nur daran, dass das \ $ - 1 \ $ es etwas schwierig macht, umgekehrt zu schreiben. Tatsächlich ist es manchmal nützlich, wenn \ $ e ^ {V_ {BE} / V_T} \ gg 1 \ $ \ $ V_ {BE} = \ frac {1} {V_T} \ log (I_E / I_ {ES) zu schreiben }) \ $.

Dennoch wird die Physik hinter dem Ebers-Moll-Modell normalerweise so gedacht, wie @RedGrittyBrick es beschreibt: Die Spannung zwischen Basis und Emitter steuert den Strom von Minoritätsträgern in die Basis (Angesichts der relativen Dotierungen von Emitter und Basis).

Die zweite Quelle der Verwirrung ist eine andere Aussage, die Menschen über Transistoren machen, die einfach völlig falsch ist. Dies ist eine Aussage, dass ein Transistor eine genau definierte "Common-Emitter-Stromverstärkung" oder \ $ h_ {FE} \ $ hat. Ich werde das wirklich groß schreiben, damit die Leute es nicht verpassen:

Ein Transistor hat keine (genau definierte) Stromverstärkung für gemeinsame Emitter. stark>

Es ist definitiv der Fall, dass bei Bipolartransistoren ein Fehler vorliegt, bei dem immer ein Leckstrom durch die Basis fließt, der Leckstrom zwischen einem Paar desselben Typs jedoch nicht genau definiert ist von Transistoren, noch gibt es eine einfache lineare Beziehung, die den Basisstrom in Bezug auf den Emitterstrom in einem bestimmten Transistor beschreibt. Der Strom durch die Basis wird durch eine Reihe von Faktoren verursacht, wie relative Dotierungsniveaus der Basis und des Emitters und die Breite der Basis, die während der Herstellung schwer zu kontrollieren sind. Werfen wir einen Blick auf das Datenblatt für das Fairchild PN2222. Sie werden sehen, dass \ $ h_ {FE} \ $ als Bereich angegeben wird. Es liegt irgendwo zwischen 100 und 300 (Faktor 3 Differenz!), Wenn der Kollektorstrom 150 mA beträgt. Aber \ $ h_ {FE} \ $ ist nicht kleiner als 35, wenn \ $ I_C \ $ bei 0,1 mA liegt. Ein weiterer Faktor von 3 verschiedenen! \ $ H_ {FE} \ $ entspricht also nicht dem gemessenen Widerstand eines Widerstands. \ $ h_ {FE} \ $ ist keine Konstante und keine nützliche Beschreibung der Verstärkung des Transistors.

Wenn Sie einen Verstärker entwerfen, verwenden Sie nur \ $ h_ { Mit FE} \ $ for können Sie entscheiden, ob der Leckstrom des Transistors für Sie erträglich ist oder nicht. Wenn \ \ h_ {FE} \ $ für Ihren Anwendungsfall zu niedrig ist, müssen Sie entweder einen anderen (wahrscheinlich teureren) Transistor auswählen oder den einzelnen Transistor durch ein Darlington-Paar ersetzen.

Jetzt werde ich das wieder richtig groß schreiben, damit die Leute es nicht verpassen:

Ein gutes Design hängt nie von \ ab $ \ beta \ $ (\ $ h_ {FE} \ $) mit einem bestimmten Wert.

Probieren Sie den folgenden Wilson-Stromspiegel aus, um zu sehen, wie Sie eine stromgesteuerte Stromquelle erstellen. Q3 ist speziell enthalten, um die Abhängigkeit von \ $ \ beta \ $ zu verringern. Ich empfehle Ihnen, alle 2N3094s auf 2N3055s (oder auf einen der anderen Transistoren mit einem anderen \ $ \ beta \ $ als der 2N3094) zu ändern, um sicherzustellen, dass der Ausgangsstrom immer etwa das Zweifache des Eingangsstroms beträgt.

^{simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>}

Die Antwort hängt von Ihrer Perspektive ab.

Ein Physiker könnte sagen, dass die grundlegende Wirkung eines BJT darin besteht, dass ein elektrisches Feld über dem Basis-Emitter-Übergang die Breite der Verarmungszone verringert. Es ist dieses elektrische Feld, gemessen in Volt, das die Bewegung von Ladungsträgern steuert. Daher ist der BJT spannungsgesteuert.

Ein Elektroniker könnte sagen, dass das nützlichste Modell für ein bestimmtes Schaltungsdesign das Stromverstärkermodell ist.

Bitte genießen Sie eine Antwort in Form von rhetorischen Fragen:

Verursacht ein Strom durch einen Widerstand eine Spannung über ihm oder verursacht eine Spannung über einem Widerstand einen Strom?

Dreht ein Motor die Räder Ihres Autos oder widersteht das Rad dem Durchdrehen des Motors? Erhöht das Schalten in einen niedrigeren Gang das Motordrehmoment an den Rädern oder verringert es den Widerstand der Räder am Motor?

Erhöht eine College-Ausbildung Ihr erwartetes Gehalt oder sind erfolgreiche Menschen wahrscheinlicher ein College besuchen?

Hat der Rückgang der Piratenpopulation die globale Erwärmung verursacht oder hat die globale Erwärmung die Piraten getötet?

Punkt ist, eine Erklärung, wie Ein BJT ist "kontrolliert". Dies ist ein trügerischer Versuch, eine Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen Spannung und Strom zuzuordnen, wenn tatsächlich nur eine Korrelation besteht (außer im Gegensatz zu Piraten und globaler Erwärmung ist die Korrelation sehr stark und beobachtbar). Wir können uns diese Korrelation als Ursache und Wirkung vorstellen, wenn sie unseren Bedürfnissen entspricht, aber sie ist nur ein Modell, um unsere Argumentation in einem bestimmten Fall zu unterstützen. Beide Erklärungen (ein BJT ist spannungsgesteuert / stromgesteuert) sind gültige Modelle, die jeweils in einem anderen Kontext geeignet sind.

Eine der wichtigsten Formeln zur Beschreibung eines BJT ist \ $ I_C = I_B × h_ {FE} \ $, was es eindeutig zu einem stromgesteuerten Gerät macht.

Andererseits Ebers-Moll sagt: \ $ I_E = I_ {ES} \ left (e ^ {\ frac {qV_ {BE}} {kT}} - 1 \ right) \ $, wobei I _{ES , q, k und T sind Konstanten und V BE ist die "Eingangsspannung" zwischen Basis und Emitter, die es in ein spannungsgesteuertes Gerät verwandeln würde.}

Normalerweise Für die Analyse großer Signale wird es als stromgesteuertes Gerät und für die Analyse kleiner Signale als spannungsgesteuertes Gerät betrachtet.

Es ist wahr, dass Sie keinen Strom (Ladungsbewegung) ohne ein elektrisches Feld haben können, um ihn (Spannung) zu bewegen, es sei denn, Sie haben ein supraleitendes Material, das kein Halbleiter ist. Es ist auch wahr, dass Sie Spannung haben können ohne Strom wie die Spannung an einem geladenen Kondensator.

Der Eingang zum Sperrschichttransistor ist einer Diode nachempfunden. Überlegen Sie, was passieren würde, wenn eine 6-V-Batterie direkt an den Basis-Emitter-Übergang angeschlossen würde. Dies würde dazu führen, dass ein sehr großer Strom fließt und das Gerät zerstört.

Vergleichen Sie dies mit dem Gate-Source-Übergang eines MOSFET-Geräts - es würde kein Schaden auftreten.

Jedes verwendete SPANNUNGS-Signal Die Sperrschichttransistor-Basisschaltung muss unter Verwendung eines Widerstands oder einer anderen Vorrichtung in einen Strom geeigneter Größe umgewandelt (oder begrenzt) werden.

Daher ist der Sperrschichttransistor eine stromgesteuerte Vorrichtung, die mit einer Eingangsspannung und externen Schaltungskomponenten betrieben werden kann.

Betrachten Sie einen NPN-Transistor, der in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, sodass der Pluspol der Batterie mit dem Emitter und der Minuspol der Batterie mit dem Kollektoranschluss verbunden ist. Die im Emitter vorhandenen Elektronen bewegen sich in Richtung Basisbereich, einige von ihnen diffundieren im Basisbereich und einige rekombinieren im Kollektorbereich. wie im Basisbereich ist die Bewegung des Ladungsträgers auf die Elektronen zurückzuführen, die im Basisbereich ein Minoritätsladungsträger sind. Man kann also sagen, dass ein BJT ein Gerät ist, das durch Minderheitenströme gesteuert wird.

Basisstrom fließt zwischen Basis und Emitter im BJT, um einen größeren Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor zu induzieren. Wenn kein Strom zwischen Emitter und Basis fließt, fließt nur ein Leckstrom zwischen Kollektor und Emitter, der von keinem Eingangssignal nahezu unberührt bleibt. Dies macht den BJT zu einem stromgesteuerten Gerät.