Parametri del BJT al variare della temperatura

[MatteoCampa]

Ciao, questo è il mio primo argomento su questa piattaforma e riguarda i BJT. Chiedo scusa se risulta molto lungo e se dovesse risultare poco chiaro.

Circuito su LTSpice

bias_circuit.PNG (4.46 KiB) Osservato 6258 volte

Simulando su LTSpice il circuito base per polarizzare un BJT, ho visto che questo circuito è molto sensibile alle variazioni del beta con la temperatura e poco sensibile alle variazioni della corrente di saturazione (Is) con la temperatura. Io mi sarei aspettato che le variazioni della corrente di collettore dipendessero in gran parte da Is che è fortemente influenzata dalla temperatura ma a quanto vedo non è cosi.

La spiegazione che darei è questa: la corrente di base aumenta con la temperatura, quindi, aumenta la caduta di tensione su RB e la VBE diminuisce. Vista la relazione esponenziale tra IC e VBE, come spiega l'equazione di Schokley, piccole variazioni di quest'ultima producono grandi variazioni di IC. Quindi la diminuzione di VBE sarebbe il motivo per il quale, questo circuito, è poco sensibile alle variazioni di IS con la temperatura (detto in modo stupido, la diminuzione di VBE è tale da compensare l'effetto di IS sulla corrente di collettore e, quindi, IS impatta poco la IC, in questo circuito). C'è da dire, però, che la corrente di base, seppur aumenta con la temperatura, non subisce "grandissime variazioni". E' quanto osservo dall'oscilloscopio di LTSpice e, comunque, lo capisco dal fatto che la resistenza RB è più grande della resistenza di ingresso (non intendo l'hie ma la "resistenza in continua" della base), quindi, la VBB si trova in serie a una resistenza più alta rispetto al carico (che sarebbe, in questo caso, la base). In queste condizioni, la corrente di base varia poco con la temperatura, pertanto la posso considerare quasi costante. Ma se Ib è costante e il beta aumenta con la temperatura allora Ic aumenta. Questo spiegherebbe perché Ic, in questo schema, è molto sensibile al beta. Sto sbagliando ? Inoltre, sapreste indicarmi dei pdf dove si parla bene dei parametri del transistor?
Rimango in attesa di risposte. Grazie in anticipo.

[EcoTan]

IS impatta poco la IC

perché è piccola rispetto a questa.
Se non metti la resistenza di polarizzazione sulla base o metti una resistenza enorme, la situazione cambia.

[MarcoD]

Mi pare tutto abbastanza corretto. Quale è il tuo obiettivo? Ti stai preparando per un esame?

La spiegazione che darei è questa: la corrente di base aumenta con la temperatura, quindi, aumenta la caduta di tensione su RB e la VBE diminuisce.

Lo riscriverei come:
la Vbe diminuisce con la temperatura, quindi aumenta (di poco) la caduta di tensione sulla R2 900 kohm (è la RB cui ti riferisci?) e di conseguenza aumenta di poco la Ib.

Come metodo di presentazione del lavoro dovresti mostrare oltre allo schema elettrico anche i punto di lavoro Vc,Vb,Ib del transistor e riportare il beta adoperato del modello.
Potresti calcolare il punto di lavoro anche analiticamente con un modello approssimato e mostrare quanto è diverso dal risultato del simulatore.
Potresti provare differenti valori di beta e mostrare come cambia il punto di lavoro.
Potresti anche provare un circuito differente in cui la R2 è connessa fra collettore e base.

[MatteoCampa]

Si, anche io credevo che la VBE diminuisce automaticamente con la temperatura. Poi ho letto su StackExchange che la VBE dipende dal circuito esterno e chi ha parlato di questo ha condiviso questo pdf. Tutti sanno che la VBE diminuisce di circa -2mV/°C ma, la cosa, non è un meccanismo interno al transistor.

Link a StackExchange:
https://electronics.stackexchange.com/q ... transistor

Cercate le risposte che ha dato LvW in diversi post sulla piattaforma e dice la stessa cosa.

Pdf in questione:

Dphysics.pdf

(88.71 KiB) Scaricato 232 volte

Chiedo scusa se sto rompendo xd, però la questione mi ha lasciato molti dubbi e mi ha fatto capire che, in realtà, il BJT non è affatto un componente semplice da comprendere bene. Comunque, grazie delle risposte che avete dato.

[MarcoD]

L'articolo sulla teoria di funzionamento dei transistor è interessante e didattico, mi pare sia anche stato riportato sul Millmann e Halkias ed. 1967, ma io ho sempre progettato (purtroppo poco) solo circuiti on/off e amplificatori in DC o BF basandomi sui data sheet dei componenti e sugli schemi applicativi consigliati.

Tutti sanno che la VBE diminuisce di circa -2mV/°C ma, la cosa, non è un meccanismo interno al transistor.

Può essere corretto, ma non ho ben compreso.
Ti riferisci con corrente in base costante? Se si, da quale altro meccanismo dipende.

[MatteoCampa]

La corrente di collettore aumenta con la temperatura quindi per mantenerla al valore "prefissato", visto che è la VBE a controllare IC, devi ridurla di -2 mV/°C esternamente. La VBE non diminuisce automaticamente con la temperatura.

[MarcoD]

Forse ho un approccio pragmatico diverso dal tuo, ma ho difficoltà a comprenderti.
Ti stai preparando per un esame ?
Scrivi cose corrette, ma quello che non capisco è il contesto ed il tuo obiettivo.

visto che è la VBE a controllare IC, devi ridurla di -2 mV/°C esternamente.

Come fai a ridurla di -2 mV/C ?
Con quale circuito ?

Vuoi realizzare uno stadio amplificatore con caratteristiche indipendenti dalla variazione di temperatura ambiente?
Un amplificatore differenziale all'interno di un circuito integrato lineare?

[MatteoCampa]

Non sto preparando un esame, però vorrei capire come variano i parametri del transistor con la temperatura. L'obiettivo è un semplice amplificatore a emettitore comune. Sapendo come variano i parametri del BJT con la temperatura (e di quanto variano) posso capire di quanto si sposta il punto di lavoro.

Può sembrare superfluo e so che il circuito funziona anche senza preoccuparsi tanto di questi dettagli. Ma è una curiosità mia.

[MatteoCampa]

perché è piccola rispetto a questa.
Se non metti la resistenza di polarizzazione sulla base o metti una resistenza enorme, la situazione cambia.

Quindi, la corrente di saturazione non è il motivo principale per cui la corrente di collettore aumenta ?
Nel circuito che ho simulato, la base del BJT è pilotata con corrente quasi costante. Ho provato a pilotare la base con VBE costante:

bias_circuit_2.PNG (4.72 KiB) Osservato 6121 volte

In questo caso la corrente di collettore è più sensibile alle variazioni di IS con la temperatura e poco a quelle del beta. A quanto ho capito dalla simulazione, un circuito può essere più sensibile a certi parametri e meno ad altri.

[MarcoD]

Ho trovato nel web un documento che potrebbe interessarti:

https://www.dei.unipd.it/~pel/Fondament ... Comune.pdf