Как насытить транзистор NPN?

Подайте достаточный ток в базу, чтобы переход база-коллектор стал смещенным в прямом направлении. Какой ток будет зависеть от типа транзистора. «насыщение» связано с тем, сколько носителей заряда в базовой области может попасть в область коллектора. Некоторые придут из базового терминала, но гораздо больше войдет в базовый регион из эмиттерного региона. За пределами определенного значения базового тока просто не будет увеличения доступных носителей заряда, которые могут пересечь переход BC.

Транзистор переходит в режим насыщения, когда переходы база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении. Таким образом, если напряжение коллектора падает ниже напряжения базы, а напряжение эмиттера ниже напряжения базы, то транзистор находится в состоянии насыщения.

Рассмотрим эту схему усилителя с общим эмиттером. Если ток коллектора достаточно высок, то падение напряжения на резисторе будет достаточно большим, чтобы снизить напряжение коллектора ниже базового напряжения. Но обратите внимание, что напряжение коллектора не может быть слишком низким, потому что тогда переход база-коллектор будет похож на диод с прямым смещением! Таким образом, у вас будет падение напряжения на переходе база-коллектор, но оно будет не обычным 0,7 В, а скорее 0,4 В.

Как вывести его из состояния насыщения? Вы можете уменьшить количество базового привода на транзисторе (либо уменьшить напряжение$V_{be}$или уменьшить ток$I_b$), что затем уменьшит ток коллектора, а значит, уменьшится и падение напряжения на резисторе коллектора. Это должно увеличить напряжение на коллекторе и вывести транзистор из состояния насыщения. В «крайнем» случае это происходит при выключении транзистора. Базовый диск полностью удален.$V_{be}$равно нулю и так$I_b$. Следовательно,$I_c$равно нулю, а коллекторный резистор работает как подтягивающий, доводя коллекторное напряжение до$V_{CC}$.

Дополнительный комментарий к вашему заявлению

Становится ли BJT насыщенным при повышении Vbe выше определенного порога? Я в этом сомневаюсь, потому что биполярные транзисторы, как я их понимаю, управляются по току, а не по напряжению.

Существует несколько различных способов описания работы транзистора. Один из них - описать взаимосвязь между токами на разных клеммах:

и т. д. Глядя на это таким образом, можно сказать, что ток коллектора контролируется током базы .

Другой способ взглянуть на это — описать взаимосвязь между напряжением база-эмиттер и током коллектора, т. е.

Глядя на это таким образом, ток коллектора контролируется базовым напряжением .

Это определенно сбивает с толку. Меня это долго смущало. Правда в том, что вы не можете реально отделить напряжение база-эмиттер от тока базы, потому что они взаимосвязаны. Так что оба мнения верны. Пытаясь понять конкретную схему или конфигурацию транзистора, я считаю, что обычно лучше просто выбрать ту модель, которую легче всего анализировать.

Редактировать:

Становится ли BJT насыщенным, если Ib превышает определенный порог? Если да, то зависит ли этот порог от «нагрузки», которая подключена к коллектору? Насыщается ли транзистор просто потому, что Ib достаточно велико, чтобы бета транзистора больше не была ограничивающим фактором для Ic?

Жирная часть в основном совершенно правильная. Но$I_b$порог не присущ конкретному транзистору. Это будет зависеть не только от самого транзистора, но и от его конфигурации:$V_{CC}$,$R_C$,$R_E$, и т.д.

Транзистор BJT будет насыщен в тот момент, когда Ic не будет следовать линейной зависимости:

$I_c = HFE * I_b$.

Таким образом, все, что нам нужно сделать, это ограничить Ic от достижения этого значения.

С$I_b$определяется номиналом резистора, подключенного к базе, и управляющим напряжением на другом его конце, легко заставить$I_b$к любому значению. Когда$I_b$определяется расчет теоретического$I_c$и установите$R_c$уменьшить его (скажем, на 5-8), чтобы войти в зону насыщения и не дать ему следовать линейной зависимости.

Например:$R_b$подключен к 5В и$R_c$(просто чтобы было интересно) на 12В. Предположим, что HFE = 50. Если мы установим$R_b=5K$тогда

$I_b = (5-0.5)/5K ~= 1mA$

Это подразумевает, что$I_c$будет$1mA * 50 = 50mA$. Теперь, если мы установим$R_c$быть около 2K это ограничит$I_c$менее 6 мА, что почти в 10 раз меньше линейного диапазона, и транзистор будет насыщен.

При использовании транзистора в качестве переключателя рекомендуется добавить дополнительный резистор (10 кОм) между базой и землей (для быстрого переключения и предотвращения утечки, при условии, что биполярный транзистор относится к типу NPN).

Насыщение — это когда увеличение входа не приводит к увеличению выхода. В BJT это происходит из-за того, что выходной ток достиг максимальной проводимости.

Метод, который я разрабатываю, чтобы обеспечить насыщение переключающего биполярного транзистора в режиме с общим эмиттером при проведении...

Найдите в паспорте BJT его Ic (макс.) и hFE (мин.).

Рассчитайте требуемый базовый ток Ib как 5 x Ic(max)/hFE(min)

5x — это личный «фадж-фактор», позволяющий использовать дополнительный базовый ток для обеспечения полного перехода биполярного транзистора в режим насыщения.

Это предполагает простой случай: небольшой BJT в режиме с общим эмиттером, коммутирующий малую (скажем, <2 А) нагрузку низкой частоты (скажем, <50 кГц) с подходящим источником тока базы. В противном случае необходимо учитывать дополнительные аналоговые условия, например, если насыщение биполярного транзистора даст хорошую коммутационную характеристику или если полевой МОП-транзистор и т. д. вместо этого следует использовать. (Однако это выходит за рамки этого ответа.)

Я знаю, что это старый вопрос, но многие люди все еще просматривают его.

Еще один способ узнать, находится ли ваш транзистор в состоянии насыщения, — это посмотреть на отношение$i_C/i_B$. Этот параметр называется «принудительной бета-версией». Принудительную бета можно рассматривать как значение бета, необходимое для текущего состояния транзистора.

Если вы обнаружите, что значение принудительной беты ниже, чем значение беты ($h_{fe}$), то вы знаете, что находитесь в состоянии насыщения, потому что в активной области вы будете использовать «полное» значение бета.

Этот способ полезен, когда вы не знаете значение$V_{BE}$.

Стоит отметить, что в «реальном мире» насыщение НЕ является одним четко определенным состоянием. По мере увеличения базового тока$V_{CEsat}$будет продолжать падать при заданном токе коллектора.

«Давным-давно» я использовал биполярный транзистор для переключения делителя напряжения. Напряжение насыщения транзистора влияло на выходное напряжение делителя. Я использовал транзистор с большим коэффициентом усиления (вероятно, BC 817-40 с$\beta$~= 400) и током базы, примерно в десять раз превышающим ток коллектора, т. е. «принудительно бета» 0,1. Это уменьшило$V_{CEsat}$до нескольких мВ по сравнению с десятками мВ, обычно наблюдаемыми при низких$I_{C}$.

Бета 0,1 редко была бы полезной или приемлемой, но в данном случае это было так.

В настоящее время я бы использовал подходящий низкий$R_{DSon}$МОП-транзистор для переключателя.

Привести транзистор в режим насыщения можно двумя способами:

1) Использование резистора Rc: мы можем рассчитать максимальный ток (Ic), приняв Vce = 0. Ic(max)= Vcc/Rc

вы можете найти соответствующий базовый ток (Ib) = Ic/(бета).

Транзистор будет в насыщении, если вы примените базовый ток, превышающий расчетный базовый ток.

2) Используя номинальный ток насыщения (техническое описание): вы можете применить базовый ток, который имеет тенденцию создавать больший ток коллектора, чем указано в техническом описании.

Насыщение транзистора также зависит от его паспорта. Вы должны найти график с нелинейной$h_{FE}$в том числе$V_{BEsat}$и$V_{CEsat}$и использовать это$\beta$для ваших расчетов.

Теперь вы можете легко рассчитать базовый ток, который$I_{C} \over h_{FE}$и базовый необходимый резистор, который

Найдите другой график, показывающий влияние$I_{C}$по коэффициенту усиления постоянного тока.

Будьте осторожны, так что это усиление является тем, что вы хотите.

NPN BJT перейдет в режим насыщения, когда Vcb станет ниже некоторого значения. Sedra&Smith использует значение 0,4 В, но оно зависит от устройства.

Хотя я понятия не имею, почему вы хотите использовать BJT в качестве переключателя. МОП-транзисторы лучше подходят для этой задачи.