¿Cómo saturo un transistor NPN?

42

Entiendo que en el "modo de saturación", un BJT funciona como un simple interruptor. He usado esto antes de encender los LED, pero no estoy seguro de entender claramente cómo puse el transistor en ese estado.

¿Se satura un BJT al elevar Vbe por encima de un cierto umbral? Dudo esto, porque los BJT, como los entiendo, están controlados por corriente, no por voltaje.

¿Se satura un BJT permitiendo que Ib supere un cierto umbral? Si es así, ¿este umbral depende de la "carga" que está conectada al colector? ¿Está saturado un transistor simplemente porque Ib es lo suficientemente alto como para que la beta del transistor ya no sea el factor limitante en Ic?

    
pregunta Mark

9 respuestas

12

Introduzca suficiente corriente en la base para que la unión del colector de base se desvíe hacia adelante. Cuánta corriente dependerá del tipo de transistor. La "saturación" tiene que ver con la cantidad de portadores de carga en la región base que pueden ingresar en la región del colector. Algunos provendrán de la terminal base, pero muchos más entrarán en la región base desde la región emisora. Más allá de una cierta cantidad de corriente base, simplemente no habrá un aumento en los portadores de carga disponibles que puedan cruzar la unión B-C.

    
respondido por el JustJeff
64

Un transistor entra en saturación cuando las uniones base-emisor y base-colector están sesgadas hacia adelante, básicamente. Entonces, si el voltaje del colector cae por debajo del voltaje base y el voltaje del emisor está por debajo del voltaje base, entonces el transistor está en saturación.

Considere este circuito de amplificador de emisor común. Si la corriente del colector es lo suficientemente alta, entonces la caída de voltaje a través de la resistencia será lo suficientemente grande como para disminuir el voltaje del colector por debajo del voltaje base. ¡Pero tenga en cuenta que la tensión del colector no puede bajar demasiado, porque la unión del colector de base será como un diodo polarizado hacia adelante! Por lo tanto, tendrá una caída de voltaje en la unión del colector de la base, pero no será el 0.7V habitual, será más como 0.4V.

¿Cómolosacasdelasaturación?Podríareducirlacantidaddeunidadbasealtransistor(yaseareduciendoelvoltaje\$V_{be}\$oreduciendoelactual\$I_b\$),loquereducirálacorrientedelcolector,loquesignificaquelacaídadevoltajeatravésdelLaresistenciadelcolectortambiénsereducirá.Estodeberíaaumentarelvoltajeenelcolectoryactuarparasacareltransistordelasaturación.Enelcaso"extremo", esto es lo que se hace cuando se apaga el transistor. La unidad base se retira completamente. \ $ V_ {be} \ $ es cero y también lo es \ $ I_b \ $. Por lo tanto, \ $ I_c \ $ también es cero, y la resistencia del colector es como un pull-up, elevando el voltaje del colector a \ $ V_ {CC} \ $.

Un comentario de seguimiento sobre su declaración

  

¿Se satura un BJT por   elevando Vbe por encima de un cierto umbral?   Dudo esto, porque BJTs, como yo   entenderlos son   controlado por corriente, no   controlado por voltaje.

Hay varias formas diferentes de describir la operación del transistor. Una es describir la relación entre las corrientes en los diferentes terminales:

$$ I_c = \ beta I_b $$

$$ I_c = \ alpha I_e $$

$$ I_e = I_b + I_c $$

etc. Mirándolo de esta manera, podría decir que la corriente del colector está controlada por la base current .

Otra forma de verlo sería describir la relación entre el voltaje del emisor de base y la corriente del colector, que es

$$ I_c = I_s e ^ {\ frac {V_ {be}} {V_T}} $$

Mirándolo de esta manera, la corriente del colector es controlada por la base voltaje .

Esto es definitivamente confuso. Me confundió durante mucho tiempo. La verdad es que realmente no se puede separar el voltaje del emisor de base de la corriente de base, porque están interrelacionados. Así que ambas opiniones son correctas. Cuando trato de entender una configuración particular de un circuito o transistor, creo que generalmente es mejor elegir el modelo que sea más fácil de analizar.

Editar:

  

¿Se satura un BJT por   permitiendo a Ib repasar un cierto   ¿límite? Si es así, hace este umbral   Depende de la "carga" que esté conectada.   al coleccionista? Es un transistor   saturado simplemente porque Ib es alto   Basta con que la beta del transistor.   Ya no es el factor limitante en   Ic?

La parte en negrita es básicamente correcta. Pero el umbral \ $ I_b \ $ no es intrínseco a un transistor en particular. Dependerá no solo del transistor en sí, sino también de la configuración: \ $ V_ {CC} \ $, \ $ R_C \ $, \ $ R_E \ $, etc.

    
respondido por el Adam P
6

El transistor BJT se saturará en el momento en que Ic no siga la relación lineal de:

  

\ $ I_c = HFE * I_b \ $.

Por lo tanto, todo lo que tenemos que hacer es limitar el Ic para que no alcance este valor.

Dado que \ $ I_b \ $ está determinado por el valor de la resistencia conectada a la base y el voltaje de activación en su otro extremo, es fácil forzar \ $ I_b \ $ a cualquier valor. Cuando se determine \ $ I_b \ $, calcule el teórico \ $ I_c \ $ y establezca \ $ R_c \ $ para reducirlo (digamos 5-8) para ingresar a la zona de saturación y evitar que siga la relación lineal.

Por ejemplo: \ $ R_b \ $ está conectado a 5V y \ $ R_c \ $ (solo para hacerlo interesante) a 12V. Supongamos HFE = 50. Si establecemos \ $ R_b = 5K \ $ entonces

  

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

Esto implica que \ $ I_c \ $ será \ $ 1mA * 50 = 50mA \ $. Ahora, si configuramos \ $ R_c \ $ en aproximadamente 2K, esto limitará \ $ I_c \ $ a menos de 6mA, un valor casi 10 veces menor que el rango lineal y el transistor estará saturado.

Si utiliza el transistor como interruptor, se recomienda agregar una resistencia adicional (10 K) entre la base y el suelo (para una rápida conmutación y prevención de fugas, siempre que el BJT sea del tipo NPN)

    
respondido por el Hooper M
1

Sé que esta es una pregunta antigua, pero mucha gente todavía la está viendo.

Otra forma de saber si su transistor está en saturación es mirando la relación de \ $ i_C / i_B \ $. Este parámetro se llama "beta forzado". La versión beta forzada se puede considerar como el valor beta requerido para el estado actual del transistor.

Si encuentra que el valor de la beta forzada es menor que el valor de beta (\ $ h_ {fe} \ $), entonces sabe que está en saturación, porque en la región activa estaría usando la " completo "valor de la beta.

Esta forma es útil cuando no sabes el valor de \ $ V_ {BE} \ $.

    
respondido por el w1res
1

Vale la pena señalar que en el "mundo real" la saturación NO es un estado único bien definido. A medida que aplique el aumento de la base actual \ $ V_ {CEsat} \ $ continuará disminuyendo para un colector dado actual.

"Hace mucho tiempo" utilicé un transistor bipolar para cambiar un divisor de voltaje. La tensión de saturación del transistor afectó la tensión de salida del divisor. Utilicé un transistor de alta ganancia (probablemente BC 817-40 con un \ $ \ beta \ $ de ~ = 400) y una unidad de corriente base de aproximadamente diez veces la corriente del recopilador, es decir, "Beta forzada" de 0.1. Esto redujo \ $ V_ {CEsat} \ $ a unos pocos mV en comparación con los 10's de mV que generalmente se ven en los bajos \ $ I_ {C} \ $.

Una beta de 0.1 rara vez sería útil o aceptable, pero en este caso lo fue.

Hoy en día usaría un adecuado bajo $ $ R_ {DSon} \ $ MOSFET para el cambio.

    
respondido por el Russell McMahon
1

La saturación es cuando un aumento en la entrada no produce un aumento en la salida. En un BJT, esto se debe a que la salida ha alcanzado su máxima conducción de corriente.

El método con el que diseño para garantizar que un BJT de conmutación en modo de emisor común se sature cuando se realiza la conducción ...

Encuentre en la hoja de datos de BJT su Ic (max) y hFE (min).

Calcule la corriente de base requerida Ib como 5 x Ic (max) / hFE (min)

El 5x es un 'factor de fudge' personal, que permite una corriente de base adicional para garantizar que el BJT se empuja completamente a la saturación.

Esto supone un caso simple: un BJT pequeño en modo de emisor común que cambia (por ejemplo, < 2 A) carga una baja frecuencia (por ejemplo, < 50 kHz) con una fuente de corriente de base capaz. De lo contrario, se deben considerar otras condiciones analógicas, como si la saturación del BJT proporcionará un buen rendimiento de conmutación o si un MOSFET / etc. debe ser utilizado en su lugar. (Eso está más allá del alcance de esta respuesta, sin embargo).

    
respondido por el TonyM
1

Hay dos formas de llevar el transistor en modo de saturación:

1) Uso de la resistencia Rc:    podemos calcular la corriente máxima (Ic) suponiendo que Vce = 0. Ic (max) = Vcc / Rc

puede encontrar la corriente base correspondiente (Ib) = Ic / (beta).

El transistor estará en saturación si aplica una corriente base mayor que la anterior  corriente base calculada

2) Mediante el uso de la corriente de saturación nominal (Hoja de datos):      Puede aplicar una corriente base que tiende a producir una corriente de colector más grande.      luego se indica en la hoja de datos

    
respondido por el santosh
0

La saturación de un transisor también depende de su hoja de datos. Debe encontrar un gráfico con un \ $ h_ {FE} \ $ no lineal incluyendo \ $ V_ {BEsat} \ $ y \ $ V_ {CEsat} \ $ y usar ese \ $ \ beta \ $ para sus cálculos.

Ahora puede calcular fácilmente la corriente base que es \ $ I_ {C} \ sobre h_ {FE} \ $ y la resistencia necesaria base que es

$$ R_ {B} = {(V_ {B} - V_ {BE}) \ sobre I_ {B}} $$

Busque otra gráfica que muestre la influencia de \ $ I_ {C} \ $ en la ganancia de DC.

Tenga cuidado para que esta ganancia sea la que desea.

    
respondido por el Daniel Tork
-4

El NPN BJT entrará en el modo de saturación cuando Vcb esté por debajo de algún valor. Sedra & Smith utiliza un valor de 0.4 V, pero esto dependerá del dispositivo.

Aunque no tengo idea de por qué querrías usar BJT como un interruptor. Los MOSFETS son más adecuados para esta tarea.

    
respondido por el udushu

Lea otras preguntas en las etiquetas