Jak nasycić tranzystor NPN?

45

Rozumiem, że w „trybie nasycenia” BJT działa jak zwykły przełącznik. Użyłem tego przed napędzaniem diod LED, ale nie jestem pewien, czy dobrze rozumiem, w jaki sposób doprowadziłem tranzystor do tego stanu.

Czy BJT nasyca się, podnosząc Vbe powyżej pewnego progu? Wątpię w to, ponieważ BJT, tak jak je rozumiem, są sterowane prądem, a nie napięciem.

Czy BJT nasyca się, pozwalając Ibowi przekroczyć określony próg? Jeśli tak, to czy próg ten zależy od „obciążenia” podłączonego do kolektora? Czy tranzystor jest nasycony po prostu dlatego, że Ib jest wystarczająco wysoki, aby beta tranzystora nie było już czynnikiem ograniczającym w Ic?

znak
źródło
Pytanie brzmi: „jak to działa, gdy jest nasycone?”, Moje pytanie brzmi: „jak mogę go nasycić?”.
Mark
Tam jest odpowiedź.
Leon Heller
1
Wyjaśnia to model tranzystora Ebersa-Molla: ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter5/ch5_3.htm
Leon Heller
8
To nie jest naprawdę pomocne. Mógłbym zostać ekspertem w teorii tranzystorów, ale wtedy nie musiałbym pytać tutaj ...
Mark

Odpowiedzi:

12

Przeprowadź wystarczającą ilość prądu do podstawy, aby złącze kolektor-podstawa było skierowane do przodu. Ile prądu będzie zależeć od rodzaju tranzystora. „nasycenie” ma związek z liczbą nośników ładunku w regionie bazowym, które mogą dostać się do regionu kolektora. Niektóre będą pochodzić z terminala bazowego, ale o wiele więcej trafi do regionu bazowego z regionu emitera. Poza pewną ilością prądu podstawowego, po prostu nie będzie wzrostu dostępnych nośników ładunku, które mogą przekroczyć skrzyżowanie BC.

JustJeff
źródło
1
Ponieważ nasycenie jest czynnikiem ograniczającym prędkość w przypadku BJT: czy odchylenie do przodu jest wystarczające, aby negatywnie wpłynąć na czas wyłączenia, czy też powinniśmy zbliżyć się do $ V_ \ rm {CEsat} $, aby to miało znaczenie?
JPC
66

Tranzystor ulega nasyceniu, gdy połączenia zarówno emiter bazy, jak i kolektor bazy są zasadniczo skierowane do przodu. Więc jeśli napięcie kolektora spadnie poniżej napięcia podstawowego, a napięcie emitera będzie niższe niż napięcie podstawowe, wówczas tranzystor jest nasycony.

Rozważ ten obwód wzmacniacza wspólnego emitera. Jeśli prąd kolektora jest wystarczająco wysoki, wówczas spadek napięcia na rezystorze będzie wystarczająco duży, aby obniżyć napięcie kolektora poniżej napięcia podstawowego. Należy jednak pamiętać, że napięcie kolektora nie może spaść zbyt nisko, ponieważ złącze kolektor-podstawa będzie wtedy jak dioda nastawiona do przodu! Będziesz miał spadek napięcia na złączu kolektor-baza, ale nie będzie to zwykle 0,7 V, będzie bardziej jak 0,4 V.

Wspólny wzmacniacz emitera

VbeIbVbeIbIcVCC

Komentarz uzupełniający do Twojego oświadczenia

Czy BJT nasyca się, podnosząc Vbe powyżej pewnego progu? Wątpię w to, ponieważ BJT, tak jak je rozumiem, są sterowane prądem, a nie napięciem.

Istnieje wiele różnych sposobów opisu działania tranzystora. Jednym z nich jest opisanie zależności między prądami w różnych zaciskach:

Ic=βIb

Ic=αIe

Ie=Ib+Ic

itd. Patrząc na to w ten sposób, można powiedzieć, że prąd kolektora jest kontrolowany przez prąd bazowy .

Innym sposobem spojrzenia na to byłoby opisanie związku między napięciem emiterów bazowych a prądem kolektora

Ic=IseVbeVT

Patrząc na to w ten sposób, prąd kolektora jest kontrolowany przez napięcie podstawowe .

To jest zdecydowanie mylące. Długo mnie to myliło. Prawda jest taka, że ​​tak naprawdę nie można oddzielić napięcia emitera od prądu bazowego, ponieważ są one ze sobą powiązane. Więc oba widoki są poprawne. Kiedy próbuję zrozumieć konkretną konfigurację obwodu lub tranzystora, uważam, że zwykle najlepiej jest wybrać model, który ułatwia analizę.

Edytować:

Czy BJT nasyca się, pozwalając Ibowi przekroczyć określony próg? Jeśli tak, to czy próg ten zależy od „obciążenia” podłączonego do kolektora? Czy tranzystor jest nasycony po prostu dlatego, że Ib jest wystarczająco wysoki, aby beta tranzystora nie było już czynnikiem ograniczającym w Ic?

IbVCCRCRE

Adam P.
źródło
1
Absolutnie genialnie napisane, bardzo dziękuję.
Mark
Spójrz na to jeszcze raz: istnieje minimalne napięcie Vce (zwykle podane w arkuszu danych), poniżej którego zwiększenie prądu / napięcia podstawowego nie spowoduje dalszego zmniejszenia Vce. Przy jakim prądzie bazowym / napięciu zostanie on osiągnięty, zależy od warunków obciążenia.
mazurnifikacja
3
Idealna odpowiedź na to pytanie. Powiązane: W przypadku diody Schottky'ego równoległej do diody BC napięcie na kolektorze nie spadnie> 0,4 ​​V poniżej podstawy, ale tylko ok. 0,3 V poniżej podstawy, czyli napięcie przewodzące diody Schottky'ego. W ten sposób dioda sprawi, że forma tranzystora będzie głęboko nasycona, a zdarzenie wyłączenia będzie mogło nastąpić znacznie szybciej. Oto teoria, dlaczego wszystko działa tak, jak opisano w tej odpowiedzi: electronics.stackexchange.com/questions/15056/…
zebonaut
Tak więc w nasyceniu prąd jest ograniczony przez zewnętrzny rezystor kolektora, a poniżej nasycenia prąd jest ograniczony przez wzmocnienie tranzystora razy prąd podstawowy?
endolith
1
Cytat: „Więc oba widoki są poprawne”. Nie mogę się zgodzić, ponieważ - mówiąc fizycznie - tylko jeden widok jest poprawny: BJT jest sterowany napięciem! Udowodnienie resp. Nie jest problemem. zweryfikuj to stwierdzenie (bez wchodzenia głęboko w fizykę obciążonego przewoźnika).
LvW
7

Tranzystor BJT zostanie nasycony w chwili, gdy Ic nie będzie podążał za relacją liniową:

Ic=HFEIb

Zatem wszystko, co musimy zrobić, to ograniczyć Ic do osiągnięcia tej wartości.

IbIbIbIcRc

RbRcRb=5K

Ib=(50.5)/5K =1mA

Ic1mA50=50mARcIc

Jeśli używasz tranzystora jako przełącznika, zaleca się dodanie dodatkowego rezystora (10K) między podstawą a ziemią (w celu szybkiego przełączania i zapobiegania wyciekom, pod warunkiem, że BJT jest typu NPN)

Hooper M.
źródło
2

Nasycenie ma miejsce, gdy wzrost nakładu nie powoduje wzrostu wydatku. W BJT dzieje się tak, ponieważ moc wyjściowa osiągnęła maksymalne przewodzenie prądu.

Metodę, którą projektuję, aby zapewnić, że przełączający BJT w trybie wspólnego emitera zostanie nasycony, gdy przewodzenie ...

Znajdź w karcie danych BJT jej Ic (maks.) I hFE (min).

Obliczyć wymagany prąd podstawowy Ib jako 5 x Ic (maks.) / HFE (min)

5 x jest osobistym „współczynnikiem krówki”, pozwalającym na dodatkowy prąd bazowy, aby zapewnić pełne nasycenie BJT.

Zakłada to prosty przypadek: niewielki BJT w trybie wspólnego emitera przełączający mały (powiedzmy <2 A) ładuje niską częstotliwość (powiedzmy <50 kHz) odpowiednim źródłem prądu bazowego. W przeciwnym razie należy wziąć pod uwagę inne warunki analogowe, takie jak nasycenie BJT zapewni dobrą wydajność przełączania lub jeśli MOSFET / itp. należy zamiast tego użyć. (Jest to jednak poza zakresem tej odpowiedzi).

TonyM
źródło
Czy masz na myśli hFE (min) zamiast max?
Kevin White,
@KevinWhite, tak robię lub tak powinienem zrobić - poprawiłem to.
Wielkie
1

Wiem, że to stare pytanie, ale wiele osób wciąż je ogląda.

iC/iB

hfe

VBE

w1res
źródło
Jakie jest zastosowanie Vbe (nasycenia) w tym wszystkim?
Wydaje
1

VCEsat

βVCEsatIC

Beta 0,1 rzadko byłaby przydatna lub akceptowalna, ale w tym przypadku tak było.

RDSon

Russell McMahon
źródło
1

Istnieją dwa sposoby wprowadzenia tranzystora w tryb nasycenia:

1) Zastosowanie rezystora Rc: możemy obliczyć maksymalny prąd (Ic), zakładając Vce = 0. Ic (maks.) = Vcc / Rc

można znaleźć odpowiedni prąd podstawowy (Ib) = Ic / (beta).

Tranzystor będzie nasycony, jeśli zastosujesz prąd bazowy większy niż powyżej obliczonego prądu bazowego

2) Za pomocą znamionowego prądu nasycenia (Arkusz danych): Można zastosować prąd bazowy, który ma tendencję do wytwarzania większego prądu kolektora niż podano w arkuszu danych

Santosh
źródło
0

hFEVBEsatVCEsatβ

IChFE

RB=(VBVBE)IB

IC

Bądź ostrożny, aby uzyskać ten zysk.

Daniel Tork
źródło
-4

NPN BJT przejdzie w tryb nasycenia, gdy Vcb spadnie poniżej pewnej wartości. Sedra i Smith używają wartości 0,4 V, ale będzie to zależne od urządzenia.

Chociaż nie mam pojęcia, dlaczego miałbyś chcieć używać BJT jako przełącznika. MOSFETY lepiej nadają się do tego zadania.

udushu
źródło
3
Ponieważ mam BJT i ​​nie mam MOSFETÓW. Rozumiem także BJT lepiej niż MOSFET.
Mark
4
Nie, nie, jeśli w bazie nie ma więcej prądu niż w kolektorze podzielonym przez wzmocnienie prądu. A tranzystory MOSFET nie zawsze są lepsze
Martin