Почему BJT действует как усилитель в линейной области?

Я рассказываю о биполярных транзисторах в своем классе полупроводников, и в лекции профессор сказал, что биполярные транзисторы используются в качестве усилителей в линейной области. Я сбит с толку, потому что думал, что усиление пропорционально базовому току.

По этой логике не будет ли наибольший прирост в области насыщения?

Может ли кто-нибудь прояснить эту путаницу?

Что может сбивать с толку, так это то, что область насыщения MOSFET иногда называют линейной областью в BJT, тогда как область насыщения в BJT иногда называют линейной областью, где Vgs может управлять сопротивлением сток-исток!
Действительно, имена поменялись местами. ОЧЕНЬ запутанно, кто бы это ни придумал???
@Rimpelbekkie В BJT это относится к насыщению по току, в MOSFET это относится к насыщению по напряжению, и имена были выбраны, поскольку BJT - это устройство, управляемое током, а MOSFET - это устройство, управляемое напряжением (первого порядка). Это имеет смысл с точки зрения физики устройства. С точки зрения схемотехники не очень.
Почему за этот вопрос проголосовали? Я думал, что это правильный вопрос, который соответствует правилам этого сайта. Может ли кто-нибудь оставить отзыв, чтобы я мог лучше задавать вопросы в будущем?

Ответы (3)

Если вы просто собираетесь включать/выключать большой ток с небольшим управляющим током (на базе), тогда вам нужно, чтобы транзистор перешел в насыщение.

Но если вы хотите, чтобы ток коллектора следовал, например, за колебательным сигналом на базе, тогда вы хотите, чтобы транзистор оставался в линейной области.

Я думаю, я понимаю, поэтому ток, поступающий от источника, будет следовать и усиливать входной сигнал, находясь в линейной области?
Это правильно Адам.

Рассмотрим характеристические кривые типичного малосигнального NPN-транзистора:

введите описание изображения здесь

Ссылаясь на правый график, мы видим, что коэффициент усиления по постоянному току hFE почти постоянен с током коллектора при условии, что Vce поддерживается постоянным на уровне 1 В. Он начинает падать, когда вы приближаетесь к Ic, равному 100 мА, и (не показано) он также будет падать при очень низком токе коллектора.

Если вы теперь посмотрите на левый график, пересечение Vce = 1,0 В соответствует точке на правом графике для каждого из базовых токов от 0,1 мА до 1,0 мА. По мере увеличения тока коллектора усиление уменьшается, поэтому расстояние между равномерно расположенными базовыми токами становится меньше. Теперь представьте, что транзистор входит в режим насыщения, поэтому Vce меньше 1 В, приближаясь к нулю. Например, при базовом токе 1 мА и 0,1 В Vce вы можете видеть, что ток коллектора составляет всего около 25 мА, что означает, что усиление тока упало до 25 с более чем 200. При 0,1 В и базовом токе 0,1 мА усиление больше. вроде 50, все еще далеко от 300 при 1V Vce.

Когда Vce приближается к нулю, ток усиления падает до нуля. Это имеет смысл, потому что для работы транзистора требуется некоторое напряжение. В какой-то момент, очень близкий к нулю, он даже станет немного отрицательным, поскольку увеличение тока базы приводит к вытеканию тока из коллектора.

Еще одна вещь, которая может показаться вам интересной, это то, что при низком базовом токе кривые довольно плоские - усиление не сильно меняется с Vce, если оно видит «достаточно».

Обратите внимание, что «область насыщения» для BJT — это область, в которой Vce < Vce_sat. В этой области действия Ic определяется не только Ib и Vbe, но и Vce. Если бы вы определили модель слабого сигнала BJT в области насыщения, вы бы обнаружили дополнительный компонент, «съедающий» часть тока коллектора, что приводит к меньшему gm (то, что вы называете усилением).

Линейная область находится там, где Vce > Vce_sat. В этой области действия Ic в основном определяется Ib и Vbe, но не столько Vce (только через эффект Early). Это приводит к более высокому выходному импедансу (на коллекторе) по сравнению с областью насыщения, что приводит к большему полезному гм.

Хотя сигнал может быть усилен биполярным транзистором в любой области, линейная область более удобна для использования, поскольку зависимость от Vce (в 1-м порядке) удалена.

Крутизна (малого сигнала) gm = dIc/dVbe BJT в основном зависит от Ic, но поскольку бета = Ic/Ib (при условии, что мы находимся в линейной области!), можно сказать, что gm (я бы не назвал это усиление так как gm имеет единицу [A/V]), зависит от Ib. Но удобнее сказать, что gm зависит от Ic, поскольку gm = Ic/Vt.

Небольшая поправка: Ранний эффект вызывает ПОНИЖЕНИЕ выходного сопротивления.
BJT насыщается, когда оба перехода смещены в прямом направлении. В С Е ( С А Т ) это номинальное значение, которое зависит от тока коллектора и т.д. В С Е не может быть ниже В С Е ( С А Т ) , по определению. Что бы ни В С Е значение измеряется при насыщении В С Е ( С А Т ) (при наличии дополнительных условий).
@ LvW: пожалуйста, прочитайте внимательно, я хотел подчеркнуть, что в линейной области ранний эффект является основным виновником, влияющим на Ic (Vce), и что это приводит к более высокому выходному импедансу ПО СРАВНЕНИЮ с областью насыщения. Я никогда не предполагал, что ранний эффект увеличивает бегство, потому что это не так.
@ Kax: "VCE не может быть ниже VCE(SAT) по определению". Тогда почему все кривые транзисторов показывают VCE от 0 до любого значения, в то время как для определенного g VBE VCE_sat будет, например, 200 мВ? Вы имеете в виду, что линейная область начинается там, где VCE > VCE_sat, как я уже упоминал выше.
@Rimpelbekkie, хорошо, понятно. Чтобы избежать таких неправильных толкований, было бы полезно всегда говорить «выше ... по сравнению с ..».
Хорошее предложение, я изменю ответ
Почему BJT действует как усилитель в линейной области?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v