¿Por qué la corriente todavía fluye a través del colector aunque el circuito del transistor no tenga Vcc?

Encontré un tutorial donde pensé que el circuito BJT NPN anterior está mal debido a las conclusiones hechas.

Pero cuando simulé este circuito descubrí que las conclusiones eran ciertas.

Estaba completamente perplejo y parece que tengo una idea errónea fundamental sobre el comportamiento del transistor.

El circuito anterior no está alimentado. No hay Vcc. Hay un voltaje de entrada Vin que aumenta de cero a 1V.

A continuación se muestra la gráfica del voltaje de salida Vout con respecto a Vin:

Y aquí debajo de la gráfica está la corriente a través de la carga I (Rload) y la corriente del colector Ic con respecto a Vin.

Pregunta:

Mi confusión es cómo se forman y fluyen las corrientes actuales a través del colector y Rload cuando no hay una diferencia potencial entre el colector del transistor y los terminales del emisor.

Según el gráfico, parece que KCL está satisfecho porque I (Rload) + Ic = 0.

Pero lo que no entiendo es cómo se forma y fluye la corriente de esta manera.

Si alguien me preguntara, diría: "La corriente fluirá desde la base hacia el emisor y, por lo tanto, hacia el suelo. No habrá corriente a través de la carga y Vout será cero".

Estoy completamente perplejo con este circuito. Obviamente, algo está mal en mi opinión. ¿Por qué el bucle actual de esa manera?

Tiene que ver con la estructura de un transistor BJT. Veamos una NPN:

^{Fuente de imagen}

Tiene una región de colector hecha de semiconductor de tipo N, una base de tipo P y un emisor de tipo N. No voy a entrar en detalles ya que está más allá del alcance de la pregunta, pero bastemos con una pregunta: ¿el colector y el emisor no se parecen?

Lo que ha hecho es conectar el emisor a tierra y el colector a tierra a través de una resistencia. Luego ha aplicado un voltaje a la base.

Normalmente, lo que cabría esperar con un voltaje en la base es que la corriente fluya desde la base hacia el emisor; es básicamente un diodo con la base como el ánodo y el emisor como el cátodo. Si el voltaje en el cátodo es más alto que la base, este flujo de corriente a través de la unión base-emisor hará que la corriente fluya del colector al emisor.

Sin embargo, en su caso, el colector no tiene un potencial más alto que la base, está en un potencial más bajo. Aquí es donde entra mi pregunta: al igual que la unión base-emisor, la unión base-colector también es una unión PN, que también es un diodo. Nuevamente, la base es el ánodo, pero esta vez el colector es el cátodo. Eso significa que cuando aplica un voltaje más alto en la base que en el cátodo, una corriente fluirá desde la base a través del cátodo.

Ahora tiene corriente que fluye desde la base al cátodo, a través de la resistencia a tierra, por lo que se identifica el misterioso flujo de corriente.

Para aclarar más, aquí está su circuito si consideramos las uniones PN como diodos (*):

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Puede ver cómo la corriente ahora puede fluir a través del diodo Base-Emitter y del diodo Base-Collector.

En términos de por qué su gráfico actual muestra la corriente del colector como negativa, esto casi con certeza se debe a la forma en que ha sondeado el cable en su simulación.

La sonda de simulación se configurará de modo que el flujo de corriente al colector se considere "positivo". Además, la segunda sonda se configurará para que el flujo de corriente a través de la resistencia de arriba a abajo se considere "positivo".

Sin embargo, en este caso, la corriente fluye desde el colector ("negativo" desde el punto de vista de las sondas) hacia la resistencia ("positivo" desde el segundo punto de vista de las sondas). Como resultado, hay una discrepancia en el signo.

Básicamente es como tener dos amperímetros en serie, pero uno conectado hacia atrás. Mostrarán lecturas iguales pero opuestas.

Información de bonificación

Ahora, la corriente del colector base será mucho más baja que la corriente del emisor base, en parte porque tiene la resistencia en serie del colector a tierra, lo que reducirá algo de voltaje y limitará la corriente (al igual que poner una resistencia en serie con un LED) , pero también en parte porque la estructura NPN es más compleja.

El emisor está dopado más que el colector, lo que significa que la unión BE tendrá una caída de voltaje directo mucho más baja que la unión BC. Como resultado, incluso sin la resistencia, la corriente BC será considerablemente menor que la corriente BE.

De hecho, puede usar un transistor BJT en reversa (intercambiando C y B), pero el rendimiento se degradará enormemente.

^{(*) La vista de diodos no representa completamente un transistor NPN. Si une dos diodos de esa manera, no terminará con un transistor NPN debido a los cables metálicos del diodo entre otras cosas. Sin embargo, representa con precisión el efecto que está viendo.}

Esto pretende ser un complemento de la respuesta integral de Tom, y se responde dando un 'paso atrás'. Es una respuesta sobre modelos.

Un transistor es un objeto complicado. Para muchos propósitos, se puede simplificar reemplazándolo con un modelo, que captura algunos, pero no todos, de su comportamiento.

Por ejemplo, al medir un transistor con la función 'prueba de diodos' de un DMM, el modelo de 'dos ​​diodos' explica las mediciones. Pero no te dice de dónde viene la ganancia. El modelo es demasiado simple para eso.

Al polarizar un transistor 'normalmente', por ejemplo para producir un amplificador emisor común, el modelo de 'fuente de corriente controlada por corriente' captura mucho más del comportamiento, le permite calcular las corrientes de polarización y los factores de amplificación. Pero es demasiado simple y abstracto para explicar lo que sucede en la pregunta del OP.

Cuando las personas usan modelos, normalmente es para capturar el comportamiento más simple para su propósito, y nada más. Como tal, normalmente podemos encontrar casos de esquina que ilustran las deficiencias de cualquier modelo. Luego, necesitamos encontrar un modelo más completo, poner manos a la obra y analizar el objeto complicado completo, o decidir que no necesitamos la precisión adicional y encontrar una manera de trabajar con la aproximación del modelo (los tres se realizan en diferentes circunstancias).

Siempre me divertía el modelo de personas que usaba mi jefe cuando calculaba cuántas personas asignar a un proyecto de ingeniería dado, reemplazaba a las personas por 'latas de carne de almuerzo', lo que capturaría la indivisibilidad, algo de la biología , y (tal vez mi post-hoc, tal vez su subtexto) la incapacidad de saber lo que iba a obtener hasta que abrió la lata y probablemente se sintió decepcionado. ¡Veamos, tenemos un presupuesto de 2 millones durante 4 años, por lo que podemos permitirnos poner 5 latas de carne de almuerzo! Aunque el modelo simplifica en exceso los detalles, no recuerdo que haya tenido menos éxito con la planificación de recursos que cualquier otro gerente de proyecto.

Solo agrego un par de puntos a la excelente respuesta de Tom Carpenter

El circuito anterior no está alimentado.

V _in es una fuente de energía.

... ¿cómo es que las formas actuales fluyen a través del colector y Rload cuando no hay una diferencia potencial entre el colector y el emisor del transistor?

V _out es la diferencia potencial entre el colector del transistor y su emisor. Sus tramas muestran claramente que no es cero.

Por otra parte, los gráficos muestran corriente a través de R _{de carga} . Nunca puede haber corriente a través de una resistencia sin una diferencia de potencial entre sus terminales. Esa es la ley de Ohm.