Warum sollte der Transistor nicht schalten?

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Ich habe ein Beispiel aus einem Lehrbuch gelesen. Und für diese Schaltung oben behauptet der Autor, wenn R3 kleiner als 100 Ohm ist, wird Q3 nicht schalten. Ich konnte den "Grund" nicht herausfinden warum. Aber ich habe mit LTSpice überprüft, ob der Autor Recht hat. Er erklärt einfach nicht den Grund.

Wenn beispielsweise R3 beim Einschalten von Q2 nahe Null ist, warum sollte Q3 dann nicht auch eingeschaltet werden?

transistors switches bjt

— user16307
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Sie scheinen hart zu arbeiten, dieses Beispiel zu studieren und zu analysieren. Daran ist nichts auszusetzen. Es hat meine Aufmerksamkeit erst erregt, nachdem ich es zweimal gesehen habe. Viel Glück da draußen!

— Daniel Tork

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Zum Einschalten von Q3 muss der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter etwa 0,6 V betragen, was bedeutet, dass dieselbe Spannung über R3 abfallen muss, was bedeutet, dass der durch R3 fließende Strom mindestens I3 = 0,6 V / R3 betragen muss .

Wenn weniger Strom durch R3 fließt, ist der Spannungsabfall über R3 kleiner als der minimale Spannungsabfall von Q3, und Q3 bleibt ausgeschaltet.

Für R3 = 100 Ω wäre der erforderliche Strom I3 6 mA. In dieser Schaltung ist der Strom durch R3 und Q3 jedoch auch durch R2 begrenzt: Ein Strom von 6 mA würde zu einem Spannungsabfall von 19,8 V über R2 führen, was mit einer 15-V-Versorgung nicht möglich ist.
Der größtmögliche Spannungsabfall über R2 tritt auf, wenn Q2 gesättigt ist und ungefähr 14 V beträgt, was zu einem maximal möglichen Strom von ungefähr 14 V / 3,3 kΩ = 4,2 mA führt.

— CL.
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"was bedeutet, dass die gleiche Spannung über R3 abfallen muss", warum muss die gleiche Spannung abfallen? liegt das daran, dass kirchoff eq?

— user16307

Übrigens, aber wenn R3 zu klein ist, kann der Strom größer werden und 0,7 Volt erzeugen, um die Emitter-Basisspannung auszugleichen.

— Ich bin

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@jjuserjr Ich denke, ein einfacher Weg, um grob zu überprüfen, ob Q3 eingeschaltet sein sollte oder nicht, wäre zu sehen, dass Q3 mit R3 ~ 0 ähnliche Spannungspegel in Emitter und Basis haben würde, aber da es pnp ist, sollte der Emitter bei a sein niedrigeres Potential als die Basis, damit es zu leiten beginnt. Wenn sie auf einem ähnlichen Potenzial liegen, wäre Q3 ausgeschaltet.

— user13267

Die Enden von R3 und die Basis / der Emitter von Q3 sind direkt miteinander verbunden, sodass diese Punkte immer die gleiche Spannung haben. Der Strom durch R3 kann nicht größer werden, da R2 dies nicht zulässt.

— CL.

@ user13267 Als Sie geschrieben haben "Da es sich um PNP handelt, sollte der Emitter auf einem niedrigeren Potential als die Basis liegen, damit er zu leiten beginnt.", meinten Sie, dass der Emitter auf einem höheren Potential als die Basis liegen sollte.

— Deepak

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$V_{EB}$ $R_3$

$V_{EB}$ $R_3$ $R_2$ $R_3$ $Q_3$

{V.}_{E. B.} \approx \frac{{R.}_{3}}{{R.}_{2} + {R.}_{3}} \cdot 15 V. \approx \frac{{R.}_{3}}{{R.}_{2}} \cdot 15 V.

$V_{EB} \approx \frac{R_3}{R_2 + R_3} \cdot \text{15 V} \approx \frac{R_3}{R_2} \cdot \text{15 V}$

R_{3} << R_{2}

$R_3 << R_2$

R_{3} / R_{2}

$R_3 / R_2$

— Greg d'Eon
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Wenn R3 jedoch zu klein ist, kann der Strom größer werden und 0,7 Volt erzeugen, um die Emitter-Basisspannung auszugleichen. Ich bin verwirrt.

— user16307

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Sie sollten en.wikipedia.org/wiki/Voltage_divider lesen, um zu verstehen, warum der zunehmende Strom keine erhöhte Spannung verursacht.

— Greg d'Eon

Nein, ich meinte, dass im Grunde der PNP-Transistor den Spannungsabfall über ihm regulieren sollte, oder? Was auch immer der Widerstand sein sollte, er sollte ihn regulieren. warum kann es nicht regulieren? und wenn es den Strom von R3 reguliert, sollte alles, was klein ist, zunehmen. Das ist was ich dachte.

— user16307

Wir sprechen hier über den Strom durch den Widerstand (dh R3), nicht durch den Transistor , wobei letzterer (Strom) nur für das Einschalten des Transistors verantwortlich ist. Wenn R3 zu niedrig ist, liegt an der Basis nicht genügend Spannung an, um den Transistor einzuschalten. Der Strom durch den Transistor ist durch R2 gegeben, nicht durch R3.

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Und in Bezug auf Gregs Antwort: Die Annäherung von R3 / (R2 + R3) an R3 / R2 ist hier nicht sehr nützlich, insbesondere wenn dieser Teiler so entworfen wird, dass Q3 tatsächlich in die Sättigung geht.

— Fizz

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Da Sie über das Einschaltverhalten von Q3 relativ zu R3 verwirrt sind, betrachten Sie das Ersatzschaltbild, das nur aus dem wesentlichen Widerstandsteiler (R3 und R2) und dem Basis-Emitter-Übergang von Q3 besteht:

Ich variiere hier R3 im Laufe der Zeit von 0 bis 1K. Die BE-Diode dreht sich mit etwa 0,65 V, was 150 Ohm für R3 entspricht. Dies kann leicht als 15 V * 150 / (3300 + 150) = 0,65 V überprüft werden.

Da der Strom durch eine eingeschaltete Diode eine exponentielle Variation mit der Spannung darüber aufweist (Shockley-Gleichung) und der Strom hier durch R2 begrenzt ist, ist die BE-Spannung ungefähr konstant, sobald die Diode eingeschaltet ist. Sobald der Übergang eingeschaltet ist, ändert sich Vbe tatsächlich logarithmisch mit einem Diodenstrom, der eine Obergrenze hat (auferlegt durch R2) ... was nicht viel bedeutet. Beachten Sie, dass die V (BE) -Kurve (rote Kurve) eine schärfere Windung aufweist als der I (BE) -Strom (Magenta) ... aufgrund der logarithmischen Beziehung zum Diodenstrom.

Vor dem Einschalten der Diode ist die BE-Spannung eine lineare Funktion von R3, da es sich bei R2 nur um einen resistiven Teiler handelt. Auch I (R2) variiert nicht viel, selbst bevor die Diode eingeschaltet wird, da der Einschaltpunkt nur bei etwa R3 = 4,5% des Wertes von R2 liegt. Auf einem separaten Diagramm von I (R2) [im unteren Bereich] können Sie jedoch sehen, dass dies nach dem Einschaltpunkt der Diode "noch konstanter" ist. Dies bestätigt also die übliche Annahme, dass Vbe konstant ist (und folglich auch I (R2) hier), sobald der BE-Übergang tatsächlich eingeschaltet ist. Vorher gibt es keine Einschränkung, was Vbe sein kann, wie Sie sehen können; es hängt nur vom Wert von R3 ab, wenn die Diode ausgeschaltet ist.

— Fizz
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Berücksichtigen Sie die Spannung an einer Diode und den fließenden Strom. Nachfolgend sind die Kurven für eine alte Germaniumdiode (1N34A) und eine Siliziumdiode (1N914) aufgeführt: -

Konzentrieren Sie sich auf die Siliziumdiode (1N914). Bei 0,6 Volt beträgt der Strom etwa 0,6 mA. Lassen Sie diese Spannung nun auf 0,4 Volt fallen. Der Strom fällt auf 10 uA und mit 0,2 Volt über ihm beträgt der Strom etwa 100 nA.

Der Basis-Emitter-Übergang in einem BJT ist nun eine in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode. Die Vorwärtsvorspannung ergibt sich aus der Spannung, die Sie darüber anlegen, und dies erfolgt normalerweise über einen Vorspannungswiderstand. In Ihrer Schaltung definieren R2 und die Versorgungsspannung den Strom, der gemeinsam in die Basis und in R3 fließen kann.

Wenn R2 eine anständige Strommenge liefert, fließt der größte Teil durch den Basis-Emitter-Übergang, da Sie sich auf diesem Teil der Diodenkurve befinden und dieser Teil der Diodenkurve einen dynamischen Widerstand aufweist, der viel kleiner als R3 ist. Wenn die Basis-Emitter-Spannung abnimmt, wird ihr dynamischer Widerstand höher und R3 wird zum "Pfad", auf den der größte Teil des Stroms von R2 fließt.

Der dynamische Widerstand ist die kleine Änderung der angelegten Spannung geteilt durch die Änderung des Stroms. Sie können sich das Diodendiagramm oben ansehen und einige Punkte auswählen: -

Bei 0,60 Volt beträgt der Strom möglicherweise 600 uA
Bei 0,62 Volt beträgt der Strom etwa 1000 uA

Der dynamische Widerstand wäre 20 mV / 200 uA = 100 Ohm

Bei 0,40 Volt beträgt der Strom etwa 10 uA
Bei 0,42 Volt beträgt der Strom etwa 11 uA

Der dynamische Widerstand wäre 20 mV / 1 uA = 20 kOhm.

Wenn sich R3 senkt, wird es dominanter, dass der Basisemitterübergang und der Übergangsstrom schnell abfallen. Angesichts der Tatsache, dass wir die Transistorwirkung an ein Gerät mit Stromverstärkung annähern können, bedeutet das Absenken von R3 über einen bestimmten Punkt hinaus einen schnell abfallenden Kollektorstrom, und tatsächlich wird der Transistor als ausgeschaltet angesehen.

— Andy aka
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Ein Transistor benötigt ungefähr 0,7 V VBE, um zu leiten. Da Sie dort den Vorteil eines Simulators haben, experimentieren Sie mit verschiedenen R2 / R3-Werten und sehen Sie sich die an R3 entwickelte Spannung an und ob sich der Transistor einschaltet.

In Bezug auf , warum es die 0,7 V, müssen Sie Halbleiterphysik!

— Neil_UK
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Ich dachte, ich kann es verstehen, wenn ich die aristotalische Logik verwende. "Wenn dies darüber hinausgeht, wird eingeschaltet" .. so weiter

— user16307

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Nun, ich denke, alle komplizierten Antworten wurden gegeben, aber für meine zwei Cent: Alles unter 150 Ohm "schließt" die Basis zum Emitterübergang kurz

— bomber8013
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