¿Por qué la corriente del colector BJT no depende del potencial de unión colector-emisor?

[Nota: no existe el potencial de unión colector-emisor, ya que no existe unión colector-emisor. ¿Probablemente quisiste decir potencial colector-emisor, Vce?]

El voltaje aplicado a través del colector y el emisor no controla la corriente del colector, porque las cargas móviles dentro de la región base están protegidas eléctricamente. Esta acción de blindaje la realiza la propia región base, ya que el silicio dopado es un buen conductor. La unión CB es un diodo con polarización inversa, y el aumento del voltaje de un diodo con polarización inversa no afecta la corriente del diodo. Aumentar el voltaje solo aumenta el ancho de la capa de agotamiento. Cualquier carga dentro de la región base ni siquiera puede ver el fuerte campo e dentro de la capa de agotamiento de CB.

En un transistor BJT, la unión CB tiene polarización inversa … entonces, ¿cómo puede haber alguna corriente de colector? Esa es una excelente pregunta. La corriente del colector solo puede existir porque la región base del transistor inyecta “cargas hacia atrás” en el “lado equivocado” del diodo CB.

En un diodo con polarización inversa normal, hay un fuerte campo e en la unión, que aparece dentro de la capa de agotamiento aislante. El campo e extrae todos los electrones de la unión hacia el lado tipo n, y extrae todos los agujeros de la unión hacia el lado tipo p. Por lo tanto, el diodo está apagado. Pero, ¿qué pasaría si pudiéramos volcar algunos agujeros positivos en el lado de tipo n? ¿O volcar algunos electrones negativos en el lado tipo p? En ambos casos, esas partículas deambularían rápidamente debido a las vibraciones térmicas. Sin embargo, el fuerte campo e solo existe dentro de la capa de agotamiento en la unión, y no dentro del resto del silicio n o p. El silicio conductor actúa como un escudo eléctrico.

Sin embargo, si cualquiera de esas cargas hacia atrás en los lados equivocados del diodo toca la capa de agotamiento, ¡serán tiradas violentamente a través del cruce! El gran voltaje a través de la capa de agotamiento solo puede detener los agujeros y los electrones si ya están en el lado habitual del diodo. Para cargas en el lado equivocado, el campo de voltaje no es una barrera, sino que es como un acantilado y las cargas “caerán” si se entrometen en la capa de agotamiento. (¿Es la capa de agotamiento un aislante? No, no para cargas colocadas en el lado equivocado. En cambio, es más como un vacío, sino un vacío que contiene un fuerte campo e).

Diría que aquellos ingenieros superiores que tenían experiencia en caminos de vacío en válvulas electrónicas y tubos de rayos catódicos en Radares PPI y Televisores y klystrons y amplificadores de onda viajera. \, Con sus pistolas electrónicas en el cátodo y la red, tendrían una ventaja sobre esos personas que solo trataron con dispositivos semiconductores toda su vida. Antes de la existencia de los transistores teníamos válvulas de vidrio, que en EE. UU. Se llaman tubos, teníamos tubos de rayos catódicos y, por lo tanto, al estar acostumbrado a aspirar en estas ‘unidades de vacío de vidrio’, llegué a mi propia conclusión de por qué la impedancia de salida de cualquier ‘fuente de corriente’ debe ser muy alta en comparación con la de una ‘fuente de voltaje’ que es muy baja. Habiendo manejado el flujo de corriente a través de válvulas aspiradas y el flujo de corriente en arcos de conjuntos de soldadura, a menudo me interesó cómo explicar la diferente impedancia de salida de un voltaje y una fuente de corriente, en generadores, transformadores de potencia, arcos de soldadura y en válvulas, y esto es lo que Llegué a la conclusión.

Parece eléctricamente lógico que para hacer una etapa de salida de válvula o transistor como fuente de corriente uno DEBE tener una ruta de alta impedancia de salida para que cuando uno conecta cualquier carga, la corriente permanezca ‘constante’ en forma de CA y CC, de modo que la ruta de salida a través de la cual El flujo de electrones definitivamente debe ser un aislante. Un vacío en una válvula lo haría, y sin más preámbulos, el transistor en 1940 tenía que tener una ruta de salida de alta impedancia equivalente y, por lo tanto, un compromiso era un SEMICONDUCTOR, no tan bueno como un vacío, pero bastante útil y esa es mi vieja experiencia , los primeros transistores BJT tenían aproximadamente 50,000 a 150,000 ohmios donde las características de salida, se inclinan un poco, lo que demuestra que la impedancia de salida de un BJT no es tan alta, pero es un buen compromiso en comparación con un pentodo de vacío.

Ahora aquí viene mi imaginación inspiradora cuando era tan joven y viví los armamentos de guerra de la Segunda Guerra Mundial, donde abundaban las armas y donde concluí que el método de transferir electrones del emisor / base al colector es exactamente el mismo que una ametralladora donde los electrones son disparados por el emisor / base del campo eléctrico alto y los electrones continúan fluyendo SIN TOCARSE UNOS A LOS OTROS, DEJANDO UNA BRECHA DE AISLAMIENTO ENTRE A medida que viajan hacia el colector. No hay electrones libres en el espacio de viaje posterior entre los electrones de viaje de una pistola catódica o la unión de la base del emisor de un BJT. Eso es lo que proporciona la alta impedancia de salida, incluso si la unión del emisor base se polariza hacia adelante. Se trata de una ametralladora que dispara electrones rápidos que no se tocan entre sí. Más adelante mencionaré el lanzamiento de aeronaves desde la cubierta de portaaviones con una catapulta de vapor, donde a poca distancia producen tal impulso al lanzar aviones pesados ​​sobre la cubierta sin que caigan al mar. Fascinación de cómo se pueden utilizar las filosofías en diferentes profesiones.

Ahora, en el caso de un arco de soldadura, los electrones se tocan entre sí y, por lo tanto, forman un cortocircuito cuando lo hacen. Hay muchos electrones libres en un conductor o un arco, todos tocándose entre sí. Todo está relacionado con el hecho de que cuando era joven entendí muy bien qué es un circuito abierto en una línea de transmisión de alto voltaje y qué es un cortocircuito en un arco de soldadura, donde ambas situaciones pueden suministrar corriente por diferentes razones, todo a través del diseño apropiado de una pistola aceleradora de electrones de alta o baja velocidad, en relación con la ocasión que existe.

La unión de la base del emisor es tan delgada que los 0.7 voltios a través de ella dan como resultado miles de voltios por centímetro, por lo que uno puede decir: “Los electrones ‘pesados’ no pueden manejar la salida de giro lateral agudo cuando viajan a través de la base delgada, por lo que deben proceder ¡al colector! ”y, lo que es más, si se queda sin aliento y disminuye la velocidad, la polaridad del voltaje del colector actuaría como una aspiradora y los empuja hacia el colector sin que nunca se tomen de la mano o se toquen antes de llegar al terminal del colector.

Siempre lo vi como la catapulta de vapor de un portaaviones donde se lanzan 20 toneladas de aviones Phantom a alta velocidad y vuelan por el borde en las proas sin que caiga al mar, bueno, sé que tiene alas para ayudarlo, pero la pistola de base del emisor puede arrojar ese electrón relativamente pesado bastante profundo en esa ruta de semiconductores que está adelante, donde el efecto de vacío de la fuente de alimentación en el colector lo absorberá a través de la ruta de alta impedancia restante en la mayor parte del material del emisor, para ir al largo recorrido, circulando a través de la fuente de alimentación siendo una fuente de voltaje con baja impedancia.

Estos son mis viejos recuerdos sobre el flujo de corriente en los aisladores, ya sea empujándolos con fuerza o empujándolos con fuerza, sobre cómo pueden viajar como balas de ametralladoras sin que cada bala se toque entre sí, mientras están en una fuente de voltaje, un conductor o el arco de una soldadura conjunto, se tocan entre sí, de ahí la baja entrada de impedancia de salida. Bueno, uno puede decir que en un generador de corriente los grupos de electrones pueden tocarse entre sí siempre que dejen algún espacio entre ellos en otra ubicación.

No muchos ven este problema como yo, usando la técnica de ametralladoras para separar las balas y cuando se trata de agua en una tubería, las gotas se tocan entre sí, pero eso es lo que sucede en una válvula y un tubo de rayos catódicos y, por lo tanto, la razón para una pistola de tiro de alto voltaje en el cátodo y lo mismo con los klystrons ……… y los tubos de ondas que viajan, ¡sí, soy un hombre viejo! Fue todo esto lo que llevó a comprometer los dispositivos de aislamiento de semiconductores ………. De hecho, un transistor es un dispositivo que crea una corriente a través de una fuente de baja impedancia y la dispara agresivamente a través de una ruta de alta impedancia.

No entraremos en la física de la impedancia de entrada / salida de los amplificadores de voltaje y voltaje y los otros como tipos de voltaje-corriente, corriente-voltaje y corriente-corriente. La mayoría de los ingenieros eléctricos deberían aprender a “verlo todo” y los nuevos estudiantes tienen dificultades para comprender el acoplamiento de los diversos tipos de amplificadores, incluidas las conexiones en paralelo y en serie de la fuente de voltaje y corriente, incluida una buena comprensión de lo que es un cortocircuito y un circuito abierto!

La respuesta corta es que depende del potencial de unión del emisor del colector si la base del potencial de unión del emisor es relativamente constante (como en un BJT
operando en polarización directa de la unión base-emisor).

La variación se debe a la modulación del ancho de la base. La región de agotamiento de la base del colector aumenta en profundidad (y en consecuencia reduce el ancho de la base) a medida que aumenta el voltaje del colector con respecto a la base. Esto se conoce como el efecto temprano. La extensión de la variación actual del colector dependerá de los niveles de dopaje relativos de la base y el colector.

Por supuesto, si eleva el colector a un voltaje lo suficientemente alto, puede entrar en una ruptura de la unión y luego una avalancha con un aumento significativo en la corriente del colector.

Lo hace en pequeña medida, pero sobre todo la curva es bastante plana por encima de un voltio o dos, ese punto de inflexión se llama “voltaje temprano”. Supongo que la razón exacta de este comportamiento tiene que ver con la geometría de las zonas de agotamiento.