Terminología para BJT "regiones de operación"

Hay una definición precisa y una descuidada para la saturación. Comenzaré con el preciso.

Esoesbastante.Laregióndesaturaciónsedefineconprecisiónaquí.

EldescuidadoseproduceporqueelcomportamientoprácticodediferentesparámetrosdelBJTnoencajaperfectamenteenesaslíneas.Además,esosvoltajesnosonloúnicoqueesimportante.Latemperaturaciertamentetieneungranefectoenalgunosparámetros,porloquepodríaimaginarseextendiendountercereje,dentroyfueradelpapelaquí,paraagregarenesadimensión.Yluegoasignarlosdetallesprácticosaesanuevavistaseríaaúnmáscomplejo.

Laideadedescuidadodesaturaciónespráctica.SiestáconsiderandooperarelBJTcomouninterruptor,yahatomadoladecisióndeoperarenalgunapartedelaregióndesaturaciónenlatabla.Perotambiénoperaráconunsesgohaciaadelantesustancial\$V_{bc}\$ynoestarácercadeceroy,porsupuesto,notendrásesgoinverso.Estanoesunadefiniciónprecisaydiferentespersonasusaránumbralesdiferentes.Asíquepartedeesaregiónnoesútil.SiestáconsiderandooperarelBJTcomounamplificador,entoncesesprobablequedeseemantener\$V_{bc}\$consesgoinversoyquizástambiénagregarunpequeñomargenaeso.Asíqueunavezmás,lasideasvariablesde"fuera de saturación" se aplicarán aquí para un amplificador. Y una vez más, no cae precisamente en el gráfico como se muestra.

EDITAR: La distinción que se muestra en el cuadro anterior es una demarcación arbitraria que usa el valor de diferencia de \ $ 0V \ $ como el lugar para dibujar líneas, pero también es objetiva, medible, cuantitativa y exacta. Supongo que si es físico o no depende de los parámetros físicos que le interesan. Pero si busca algún punto físico de demarcación, como se encontró con Plutón contra los otros planetas donde se encontraron 5 órdenes de magnitud en demarcación natural basándose en algunas ideas físicas bien razonadas, entonces tendríamos que entrar en una discusión sobre Qué ideas físicas crees que son apropiadas. Sólo entonces alguien podría intentar decidir dónde se producen estos puntos de demarcación. Y no creo que ese tipo de discusión sea apropiada aquí.

Para el artículo seminal que proporciona los modelos matemáticos y los expresa utilizando exactamente los dos ejes que se muestran arriba, vea: J. J. Ebers y J. L. Moll, "Comportamiento de señal grande de transistores de unión", Proc. IRE, vol. 42, pp. 1761-1772, diciembre de 1954. La primera publicación que tengo en el estante, mostrando el cuadro anterior, es "Modelando el transistor bipolar", de Ian Getreu, 1976. Aparece en las primeras páginas del libro. Su libro fue el resultado de su trabajo en Tektronix en su grupo STS (sistemas de prueba de semiconductores) a finales de los años 60 y principios de los 70 y fue publicado inicialmente por Tektronix. Actualmente está disponible a través de Lulu.

Si desea ver las ecuaciones originales de Ebers-Moll, que usan \ $ V_ {bc} \ $ y \ $ V_ {be} \ $, entonces las publiqué convenientemente aquí, " ¿Por qué Vbc está ausente de las ecuaciones de bjt? , "como respuesta a eso pregunta. No tiene que volver al documento original si dicho resumen está bien. Además, si su pregunta es histórica, podría intentar volver a contactar a Ian y ver si recuerda dónde obtuvo su historial. Él puede recordar.

Vuelva a editar: estoy agregando un gráfico tomado de una edición de 1979 de "Microelectronics: Circuitos y sistemas digitales y analógicos" de Jacob Millman. Esto se encuentra en la parte superior de la página 61, Sección 3-2:

Esperemos que eso ayude más. Dicho cuadro debería estar fácilmente disponible en casi cualquier texto de introducción sobre semiconductores.

Ahora tiene ambos una descripción cuantitativa que puede obtener de este post donde ofrezco tres vistas de DC cuantitativas separadas, pero equivalentes, del BJT y también una descripción cualitativa en el diagrama anterior, que ilustra tanto la minoría como la mayoría transportistas No se vuelve más completo que eso en una publicación en EE.SE.

    

Definición de saturación en transistores bipolares

En realidad, depende de su aplicación para alta linealidad (THD bajo sin retroalimentación) o baja saturación Vce (sat) (en algunos conmutadores de alta corriente, Vce excede a Vbe como un interruptor)

Para operaciones lineales en corrientes moderadas, consideramos que Vce < 2V son no lineales en corrientes de rango medio y redondeo significativo del pico senoidal por debajo de Vce = 2V. es decir, la distorsión

Entre las especificaciones de Vce (sat) (para IC nominal IC: carga @) para la operación y la zona gris no lineal para Vce < 2V, como para los amplificadores de emisor comunes, está la zona de transición. Aquí es donde los efectos de la saturación cambian de linealidad y en gran medida no se especifican. (excepto en la hoja de datos de ejemplo a continuación)

Por ejemplo. vea las figuras 3 y 4 que comparan los efectos de la saturación y el funcionamiento no lineal por debajo de 2V empeora con el aumento de la corriente para esta parte de 100 mA.

En ninguna parte en un semi. La hoja de datos define el límite de saturación como Vc = Vb para un emisor conectado a tierra. Este es el mundo analógico real donde hay efectos parciales de saturación.

Al igual que toda la lógica utiliza umbrales analógicos con una zona gris entre los niveles garantizados de saturación por razones de margen de ruido y compensación térmica.

enlace

Tenga en cuenta que el límite de Vce (sat) está bajo Vbe. (bueno) pero la caída en hFE y el aumento de las fugas, debido al cambio en los huecos y la pendiente de estas curvas en la región lineal. La linealidad del dispositivo > 2V es muy plana y no se muestra aquí.

Esto admite mi argumento de que hay umbrales diferentes para la saturación según los requisitos para la operación de Interruptor o Lineal .

    

"Saturación" es un término genérico para regiones que no sirven para un amplificador (es decir, son fuertemente no lineales en \ $ I _ {\ mathrm B} \ $ o tienen β menos de 1), pero están lejos de cortar. La mayoría de los autores no aplican los esfuerzos para formular una definición utilizable. Existe al menos un libro en inglés que no es negligente al respecto:

E. Ramshaw (información de Google Books) o R.S. Ramshaw (como está escrito en la portada)
Power Electronics Semiconductor Switches
Springer Science & Business Media, 2013

El libro especifica una región distinta de cuasi-saturación , que no es lineal (cumple con "4"), pero aún se ajusta a la corriente de colector de "Wikipedia-active" de en.Wikipedia En una dirección sana. Después de que \ $ V _ {\ mathrm {BC}} \ $ pasa por cero (≈ "2."), se desarrolla un modo de saturación dura , que cumple con la definición de "1". Lo llamaría "región de encendido".

También, caracterizaría la región inmediatamente antes de activar B – C como “bajo voltaje (directo)”, con un β bajo (pero positivo). Para obtener más información, consulte los comentarios y mi respuesta en ¿Por qué la dirección de la corriente del colector permanece igual en saturación y región activa? y Circuito base común con voltaje de alimentación cero rosca (con cierta simulación en CircuitLab).

¿Qué pasa con la definición en.Wikipedia (a partir de hoy) de las regiones? Se puede rastrear a varias fuentes donde los autores no estaban dispuestos a entrar en detalles de estos modos marginales. La casi saturación está cerca de la región de saturación dura en el plano voltaje-voltaje (aunque funciona de una manera diferente), y muchos autores se mostraron satisfechos con la imagen simplista presentada en la respuesta de @jonk. ¿Qué pasa con las cosas de es.Wikipedia en "3"? Es solo basura incompetente.