¿Por qué un BJT entra en saturación?

  

La ecuación, Ic = Ib * BETA, y Ic = Ie * ALHPA, se refiere a las formas de averiguar qué resistencia de base debe tener al ejecutar el modo activo hacia adelante. ¿Qué es Ic y Ie?

\ $ I_c \ $ es el colector actual. Es decir, la cantidad de carga que fluye en el colector por unidad de tiempo.

\ $ I_e \ $ es la corriente del emisor. En una clase de teoría de circuitos, esta será la cantidad de corriente que fluye en al terminal emisor. Pero en el uso diario, podríamos definirlo como la corriente que sale del terminal emisor, ya que es más probable que sea un número positivo. Una buena fuente proporcionará un esquema con flechas que indiquen la dirección que se considerará positiva para cada corriente de la que quieran hablar.

  

¿Significan esto la cantidad que deja entrar, o alguna proporción?

\ $ I_c \ $ y \ $ I_e \ $ son corrientes. \ $ \ beta \ $ y \ $ \ alpha \ $ son relaciones.

Por lo general, en EE, una variable denominada \ $ I \ $ será una corriente.

Cuando se habla de BJT, la proporción importante es \ $ I_c / I_b \ $. Esto a menudo se designa con \ $ \ beta \ $ o \ $ h_ {fe} \ $. (\ $ \ alpha \ $ a veces también puede ser importante, pero es mucho más raro que aparezca en una solución de circuito práctica)

  

En este sitio, enlace dan un ejemplo donde dicen que Ic es 100mA. Según tengo entendido, eso significa que si se conecta directamente a los terminales positivo y negativo, pasa a 100 mA.

Si dicen que la corriente es de 100 mA, significan que la corriente es de 100 mA en cualquier circuito del que estén hablando. Si ese circuito tiene el colector conectado directamente a la fuente de alimentación, eso es lo que significan. Si están hablando de un circuito con resistencias, entonces significan la corriente que fluye hacia el colector en ese circuito.

  

¿Pero qué pasa si hay resistencias en serie? ¿Qué efecto tiene esto?

Si hay una resistencia (y nada más) entre la fuente de alimentación y el colector, entonces cualquier corriente en el colector tendrá que fluir a través de esa resistencia para llegar al transistor. La ley de Ohm le dirá cuál debe ser la caída de voltaje en la resistencia para que fluya esa corriente.

El punto principal a llevar es la relación \ $ I_C = \ beta I_B \ $ es un modelo de cómo se comporta un BJT cuando se opera en el modo activo hacia adelante. Como ejemplo extremo, uno no puede simplemente aplicar una corriente negativa a la base de un BJT de NPN y esperar que la corriente de \ $ \ beta I_B \ $ negativa fluya en el colector.

La razón real por la que fluye la corriente en un BJT es extremadamente complicada y solo está descrita por la física moderna del estado sólido. Sin embargo, los modelos que se han desarrollado para describir su comportamiento en la mayoría de los casos son "lo suficientemente buenos" cuando se aplican dentro de sus regiones de validez.

He simplificado un poco su esquema para ilustrar el concepto de saturación.

Tomemos, por ejemplo, el siguiente esquema,

Aquí,lacorrienteenelterminalbaseseestablecemedianteunafuentedecorrienteideal(soloparaconvencerenunsimuladordeespecias)enuncircuitoreal,unaresistenciaamenudoestálosuficientementecercacomoparaestablecerlacorrientebasesegúnlaleydeohmios.

LasiguientefiguramuestralosresultadosdelassimulacionesdeunbarridodeCCdelafuentedecorrientequeseinyectaenelterminalbase.Elejexeslacorrientedebase.Elejeyizquierdoeslatensióndelcolector.Elejeyderechoeslacorrientecolectora.

Podemos ver que cuando el voltaje del colector-emisor es mayor que ~ 0.2V, la relación activa-directa es verdadera, es decir, \ $ I_C = \ beta I_B \ $. Mientras más corriente de base se aplique, más flujos de corriente de colector. Sin embargo, a medida que fluye más corriente, se cae más voltaje a través de R1 y el voltaje del colector-emisor está disminuyendo. Eventualmente, cuando el voltaje del colector-emisor se vuelve lo suficientemente pequeño, el BJT ya no está en activo hacia adelante sino en saturación hacia adelante.

La definición de libro de texto de saturación hacia adelante para un BJT de NPN es cuando Vbe es positivo y cuando Vbc también es positivo.

En saturación, el BJT, en términos generales, parece un cambio entre el colector y el emisor. Un modelo ligeramente más completo es una pequeña fuente de voltaje de nivel mV con baja resistencia en serie.

Entonces, cuando el NPN se está comportando como un interruptor (saturado), es el circuito a su alrededor el que dicta qué corriente fluirá, en su caso R1.