NPN BJT Basis-> Emitterwiderstand ist effektiv Null?

Das Verständnis von Transistoren ist ein bisschen wie das Schälen einer Zwiebel – es gibt viele Schichten. Auf der einfachsten Großsignalebene können Sie den Transistor als Stromsenke betrachten, die vom Strom durch den Basis-Emitter-Übergang gesteuert wird. Letztere verhält sich wie eine in Durchlassrichtung gepolte Diode. Nicht viel Strom, bis Sie einige hundert mV erreichen, und viel zu viel Strom, wenn Sie Volt über die Verbindungsstelle legen. Wie Sie sagen, leitet der Transistor übermäßigen Strom und wird zerstört, wenn Sie einfach (sagen wir) 5 V mit geerdetem Emitter an die Basis anschließen. Dies steht in krassem Gegensatz zum Verhalten eines MOSFET.

Bei einem anspruchsvolleren Verständnis (das erforderlich ist, wenn Sie vorhersagen möchten, wie die meisten Verstärker funktionieren) und für kleine Signale verhält sich der Basis-Emitter-Übergang wie ein Widerstand von Vt/Ib, wobei Vt die thermische Spannung ist , etwa 26 mV bei Raumtemperatur . Wenn Ihr Basisstrom also 2,5 uA beträgt (sagen wir, das Beta ist 300 und der Transistor ist mit 0,75 mA Kollektorstrom vorgespannt), sieht der Basis-Emitter-Übergang für kleine Signale wie ein 10-K-Widerstand aus . Sie können den Transistor als (wegen r0 etwas unvollkommene) spannungsgesteuerte Stromquelle mit einem Eingangswiderstand von Vt/Ib betrachten. Das ist der Hybrid-$\pi$Modell . Beachten Sie, dass die Transkonduktanz gm (und damit die Spannungsverstärkung in einer Konfiguration mit gemeinsamem Emitter) eine Funktion des Kollektorvorstroms und der Temperatur ist und Beta überhaupt nicht darin auftritt.

Ich muss betonen, dass dieses Modell ein linearisiertes Modell um einen Vorspannungspunkt ist und ziemlich ungültig ist, wenn die (Änderung der) Eingangsspannung groß ist (mehr als einige Millivolt). Mit anderen Worten, wir sprechen von relativ kleinen Änderungen zusätzlich zu einer festen Basis-Emitter-Spannung von vielleicht 600 oder 700 mV.

Wenn Sie erkennen, dass der Strom durch einen einfachen pn-Übergang eine Funktion der angelegten Spannung über dem Übergang ist (Exponentialgesetz), ist es nur ein kleiner logischer Schritt zu akzeptieren, dass - natürlich - die gleiche Regel für den pn-Übergang eines BJT gilt . Das haben wir von W. Shockley und seiner berühmten Gleichung gelernt. (Insofern müssen Sie die entsprechenden Stellen Ihres Textes korrigieren).

Das heißt: Wer wirklich verstehen will, wie und warum der BJT funktioniert, muss sich auf das Transkonduktanzkonzept (spannungsgesteuerte Stromquelle, Transkonduktanz gm) verlassen. Dies wurde bereits in S. Pefhanys Antwort und dem von ihm gegebenen Kleinsignalmodell erwähnt. Aber es ist nicht nur ein "Modell", sondern spiegelt tatsächlich die physikalische Wahrheit wider. Es gibt mehrere Schaltkreise sowie einige beobachtbare Effekte, die mit dem Stromsteuerungskonzept nicht erklärt werden können.

Bitte fragen Sie mich nicht, warum manche Lehrbücher von einem Stromverstärker sprechen; Ich habe wirklich keine Erklärung. Vielleicht, weil die Gleichung Ic=B*Ib so schön und einfach aussieht? Natürlich müssen wir beim Entwurf von BJT-Schaltungen diese Beziehung verwenden, da ein Strom Ib ohne Zweifel existiert. Aber diese Gleichung sagt nichts über Ursache und Wirkung aus. Tatsächlich werden der Strom Ic (und als kleiner Prozentsatz von Ic) der Strom Ib beide von der Spannung Vbe verursacht und gesteuert.

Zurück zu einer Ihrer Fragen : Schauen Sie sich die Strom-Spannungs-Kennlinien einer pn-Diode an. Natürlich können Sie an jedem Punkt dieses Stromkreises ein Verhältnis V/I (statischer Widerstand Rs für DC-Werte) sowie ein Verhältnis v/i (Differenzwiderstand rd für kleine Signalabweichungen) definieren. Gleiches gilt natürlich auch für den pn-Übergang (Basis-Emitter) des Transistors. Als wichtiger Designparameter ist der Kleinsignalwiderstand des BE-Übergangs r,be=v,be/ib .

Da es sich um eine Differenzgröße handelt, kann sie durch die Steigung der Eingangskennlinie ausgedrückt werden. Die Ableitung der Exponentialfunktion ergibt r,be=Vt/Ib=beta*Vt/Ic (Vt: Temperaturspannung, Ib und Ic: Gleichströme). Dieser Wert ist - wie man sieht - abhängig vom gewählten Betriebspunkt; sie ist für einige typische Werte im Datenblatt angegeben - typische Werte liegen im unteren kOhm-Bereich. (Der entsprechende h-Parameter ist h11=hie).

Kommentar: Die Frage "BJT strom- oder spannungsgesteuert ?" wurde früher ausführlich diskutiert - auch in diesem Forum (2013, wenn ich mich nicht irre).

Ein BJT besteht grundsätzlich aus zwei Diodenübergängen, einer zwischen BC und einer zwischen BE. Sie können es grob als Diodenpaar Rücken an Rücken modellieren.

Da ist kein Widerstand drin, nur die Dioden.

Die Bildunterschrift des Wikipedia-Schemas besagt, dass es "voreingenommene Details [vernachlässigt]". Diese Seite enthält ein Beispiel für einen voll vorgespannten Emitterverstärker, einschließlich eines Schaltplans:

Dieser Schaltplan verfügt über ein Widerstandsnetzwerk zum Vorspannen der Basis sowie einen Emitterwiderstand. Der Emitterwiderstand wird manchmal von einem Kondensator umgangen, um die AC-Verstärkung zu erhöhen. Die Basiswiderstände sind nur eine zusätzliche Last für die Signalquelle und haben keinen Einfluss auf die Verstärkung. Bei AC reduziert sich dieser Schaltplan also auf das, was Sie auf Wikipedia sehen. Von dort aus können Sie das von Spehro besprochene Hybrid-Pi-Modell verwenden.