Il cosiddetto "guadagno di corrente dell'emettitore comune" è un intervallo non una costante. I buoni progetti non dipendono da questo.

Risposta breve : il modello Ebers-Moll fornisce una relazione tra la corrente del collettore e la tensione base-emettitore. Quindi puoi visualizzare la tensione base-emettitore come controllata dalla corrente del collettore o come la corrente del collettore controllata dalla tensione base-emettitore.

Molte persone fanno l'affermazione errata che esiste una relazione utile tra la corrente di base e la corrente del collettore, e quindi affermare erroneamente che un transistor è una "sorgente di corrente controllata dalla corrente". Un transistor non è una sorgente di corrente controllata dalla corrente.

Risposta lunga :

La confusione sul fatto che un BJT sia controllato in corrente o controllato in tensione proviene da due fonti. Il primo è che le equazioni che usiamo per descrivere i circuiti elettrici non sono definizioni di una variabile in termini di molte altre. Piuttosto stanno descrivendo un vincolo tra diverse variabili. Prendi la legge di Ohm: \ $ V = IR \ $. Questa non è una definizione di tensione. Né \ $ I = V / R \ $ una definizione di corrente o \ $ R = V / I \ $ una definizione di resistenza. Piuttosto dice che in qualsiasi circuito (che coinvolge un dispositivo ohmico) questa uguaglianza rimarrà sempre. Non importa come cambiamo la corrente, la tensione rimarrà sempre proporzionale alla corrente. Non importa come cambiamo la tensione, la corrente rimarrà sempre proporzionale alla tensione. (Storia vera: una volta ho ricevuto un curriculum da un signore che ha elencato come una delle sue qualifiche che conosceva e poteva usare, la legge di Ohm "in tutte e tre le forme".)

I vincoli più importanti nella descrizione come funziona un transistor all'interno di un circuito sono le equazioni del diodo di Schockley usate nel modello Ebers-Moll. Nella modalità attiva questo risulta nel vincolo che: $$ I_E = I_ {ES} (e ^ {V_ {BE} / V_T} - 1) $$

dove \ $ I_ {ES} \ $ è una costante che descrive il transistor e \ $ V_T \ $ è la tensione termica (circa 26 mV a temperatura ambiente). Quindi questo descrive una relazione (vincolo) tra la corrente dell'emettitore, \ $ I_E \ $, e la tensione tra la base e l'emettitore, \ $ V_ {BE} \ $. Sì, la corrente è sul lato sinistro e il voltaggio è sul lato destro, ma questo è solo perché \ $ - 1 \ $ rende un po 'difficile scrivere al contrario. Infatti, quando \ $ e ^ {V_ {BE} / V_T} \ gg 1 \ $ a volte è utile scrivere \ $ V_ {BE} = \ frac {1} {V_T} \ log (I_E / I_ {ES }) \ $.

Tuttavia, la fisica alla base del modello Ebers-Moll, di solito è pensata nel modo in cui @RedGrittyBrick lo descrive: la tensione tra la base e l'emettitore controlla la corrente delle portanti minoritarie nella base (dato il drogaggio relativo di emettitore e base).

La seconda fonte di confusione deriva da un'altra affermazione che le persone fanno sui transistor che è completamente falsa. Questa è un'affermazione che un transistor ha un "guadagno di corrente dell'emettitore comune" ben definito, o \ $ h_ {FE} \ $. Lo scriverò molto in grande in modo che le persone non lo perdano:

Un transistor non ha guadagno di corrente di emettitore comune (ben definito).

È sicuramente il caso che ci sia un difetto nei transistor a giunzione bipolare dove c'è sempre una corrente di dispersione attraverso la base, ma la corrente di dispersione non è ben definita tra una coppia dello stesso tipo di transistor, né esiste una semplice relazione lineare che descriva la corrente di base in termini di corrente di emettitore in un transistor specifico. La corrente che attraversa la base è causata da una serie di fattori, come i livelli di drogaggio relativo della base e dell'emettitore e la larghezza della base, che sono difficili da controllare durante la produzione. Diamo un'occhiata al datasheet del Fairchild PN2222. Vedrai che \ $ h_ {FE} \ $ è dato come un intervallo. È da qualche parte tra 100 e 300 (un fattore di 3 differenza!) Quando la corrente del collettore è 150mA. Ma \ $ h_ {FE} \ $ non è inferiore a 35 quando \ $ I_C \ $ è a 0,1 mA. Un altro fattore di 3 diversi! Quindi \ $ h_ {FE} \ $ non è come la resistenza misurata di un resitor. \ $ h_ {FE} \ $ non è una costante e non è una descrizione utile del guadagno del transistor.

Quando progetti un amplificatore l'unica cosa che usi \ $ h_ { FE} \ $ for è quello di decidere se la corrente di dispersione del transistor sarà sopportabile o meno. Se il \ $ h_ {FE} \ $ è troppo basso per il tuo caso d'uso, dovrai scegliere un transistor diverso (probabilmente più costoso) o sostituire il singolo transistor con una coppia Darlington.

Ora scriverò di nuovo questo in grande formato in modo che la gente non lo perda:

Un buon design mai dipende da \ $ \ beta \ $ (\ $ h_ {FE} \ $) con un valore particolare.

Prova il seguente mirror di Wilson corrente per vedere come costruire una sorgente di corrente controllata dalla corrente. Q3 è specificamente incluso per ridurre la dipendenza da \ $ \ beta \ $. Ti incoraggio a cambiare tutti i 2N3094 in 2N3055 (o in uno qualsiasi degli altri transistor che ha un \ $ \ beta \ $ diverso dal 2N3094) per vedere che la corrente di uscita è sempre circa il doppio della corrente di ingresso.

^{simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab}

La risposta dipende dalla tua prospettiva.

Un fisico potrebbe dire che l'azione fondamentale in un BJT è che un campo elettrico attraverso la giunzione base-emettitore diminuisce l'ampiezza della zona di esaurimento. È questo campo elettrico, misurato in volt, che controlla il movimento dei portatori di carica. Pertanto il BJT è controllato in tensione.

Un ingegnere elettronico potrebbe dire che il modello più utile per un progetto di circuito specifico è il modello di amplificatore di corrente.

Per favore, goditi una risposta sotto forma di domande retoriche:

Una corrente attraverso un resistore causa una tensione attraverso di esso o una tensione attraverso un resistore causa una corrente?

Un motore fa girare le ruote della tua auto o la ruota resiste alla rotazione del motore? Il passaggio a una marcia inferiore aumenta la coppia del motore alle ruote o riduce la resistenza delle ruote al motore?

L'istruzione universitaria aumenta il tuo stipendio previsto o è più probabile che le persone di successo lo faccia frequentare un college?

Il calo della popolazione dei pirati ha causato il riscaldamento globale o il riscaldamento globale ha ucciso i pirati?

Il punto è una spiegazione un BJT è "controllato" è un tentativo fallace di assegnare una relazione di causa ed effetto tra tensione e corrente quando in realtà c'è solo una correlazione (tranne che a differenza dei pirati e del riscaldamento globale, la correlazione è molto forte e osservabile). Possiamo pensare a questa correlazione come causa ed effetto quando si adatta alle nostre esigenze, ma è solo un modello per aiutare il nostro ragionamento in un caso particolare. Entrambe le spiegazioni (un BJT è controllato in tensione / controllato in corrente) sono modelli validi, ciascuno appropriato in un contesto diverso.

Una delle formule più importanti per descrivere un BJT è \ $ I_C = I_B × h_ {FE} \ $, che chiaramente lo rende un dispositivo controllato in corrente.

D'altra parte Ebers-Moll dice: \ $ I_E = I_ {ES} \ left (e ^ {\ frac {qV_ {BE}} {kT}} - 1 \ right) \ $, dove io _{ES , q, k e T sono costanti e V BE è la "tensione di ingresso" tra base ed emettitore, che lo trasformerebbe in un dispositivo controllato in tensione.}

Di solito per l'analisi di segnali di grandi dimensioni è considerato un dispositivo controllato in corrente e per l'analisi di piccoli segnali è considerato un dispositivo controllato in tensione.

È vero che non puoi avere corrente (movimento di carica) senza un campo elettrico che la muova (tensione) a meno che tu non abbia un materiale superconduttore, che semiconduttore non è.È anche vero che puoi avere tensione senza corrente come la tensione attraverso un condensatore carico.

L'ingresso al transistor di giunzione è modellato su un diodo. Considera cosa accadrebbe se una batteria da 6 V fosse collegata direttamente alla giunzione base-emettitore. Ciò farebbe fluire una corrente molto grande e distruggerebbe il dispositivo.

Confrontalo con la giunzione gate-source di un dispositivo MOSFET: non si verificherebbe alcun danno.

Qualsiasi segnale di TENSIONE utilizzato il circuito di base del transistor a giunzione deve essere convertito (o limitato) ad una corrente di dimensioni adeguate utilizzando un resistore o altro dispositivo.

Quindi il transistor a giunzione è un dispositivo controllato in corrente che può essere fatto funzionare con una tensione di ingresso e componenti di circuiti esterni.

Considera un transistor NPN ed è polarizzato direttamente in modo che il terminale positivo della batteria sia collegato all'emettitore e il terminale negativo della batteria sia collegato al terminale del collettore. Gli elettroni presenti nell'emettitore si sposteranno verso la regione di base, alcuni di essi si diffonderanno nella regione di base e alcuni si ricombineranno nella regione del collettore. come nella regione di base il movimento del portatore di carica è dovuto agli elettroni che sono portatori di carica minoritari nella regione di base. Quindi un BJT può essere considerato un dispositivo controllato da una minoranza.

La corrente di base scorre tra la base e l'emettitore nel BJT per indurre un flusso di corrente maggiore tra l'emettitore e il collettore. Quando nessuna corrente fluisce tra l'emettitore e la base, solo una corrente di dispersione, quasi completamente non influenzata da alcun segnale in ingresso, scorre tra il collettore e l'emettitore. Questo rende il BJT un dispositivo controllato in corrente.