Come saturare un transistor NPN?

Capisco che in "modalità di saturazione", un BJT funziona come un semplice interruttore. L'ho usato prima di pilotare i LED, ma non sono sicuro di capire chiaramente come ho portato il transistor in quello stato.

Un BJT si satura alzando Vbe oltre una certa soglia? Ne dubito, perché i BJT, per quanto li capisco, sono controllati dalla corrente, non controllati dalla tensione.

Un BJT si satura permettendo a Ib di superare una certa soglia? In tal caso, questa soglia dipende dal "carico" collegato al collector? Un transistor è saturo semplicemente perché Ib è abbastanza alto da non rendere più la beta del transistor il fattore limitante in Ic?

Guidare abbastanza corrente nella base in modo che la giunzione base-collettore diventi distorta in avanti. Quanta corrente dipenderà dal tipo di transistor. la "saturazione" ha a che fare con quanti portatori di carica nella regione di base possono raggiungere la regione di raccolta. Alcuni verranno dal terminale di base, ma molti altri arriveranno nella regione di base dalla regione dell'emettitore. Oltre una certa quantità di corrente di base, non ci sarà semplicemente un aumento dei portatori di carica disponibili che possono attraversare la giunzione BC.

Un transistor entra in saturazione quando entrambe le giunzioni base-emettitore e base-collettore sono polarizzate in avanti, in pratica. Quindi, se la tensione del collettore scende al di sotto della tensione di base e la tensione dell'emettitore è inferiore alla tensione di base, il transistor è in saturazione.

Considera questo circuito amplificatore per emettitore comune. Se la corrente del collettore è abbastanza alta, la caduta di tensione attraverso il resistore sarà abbastanza grande da abbassare la tensione del collettore al di sotto della tensione di base. Ma nota che la tensione del collettore non può andare troppo bassa, perché la giunzione base-collettore sarà quindi come un diodo polarizzato in avanti! Quindi, avrai una caduta di tensione attraverso la giunzione base-collettore ma non sarà il solito 0,7 V, sarà più simile a 0,4 V.

$V_{be}$$I_b$$V_{be}$$I_b$$I_c$$V_{CC}$

Un commento di follow-up sulla tua dichiarazione

Un BJT si satura alzando Vbe oltre una certa soglia? Ne dubito, perché i BJT, per quanto li capisco, sono controllati dalla corrente, non controllati dalla tensione.

Esistono diversi modi per descrivere il funzionamento del transistor. Uno è descrivere la relazione tra le correnti nei diversi terminali:

ecc. Osservandolo in questo modo, si potrebbe dire che la corrente del collettore è controllata dalla corrente di base .

Un altro modo di osservarlo sarebbe quello di descrivere la relazione tra tensione emettitore di base e corrente del collettore

Osservandola in questo modo, la corrente del collettore è controllata dalla tensione di base .

Questo è decisamente confuso. Mi ha confuso per molto tempo. La verità è che non è possibile separare realmente la tensione dell'emettitore di base dalla corrente di base, poiché sono correlate. Quindi entrambe le viste sono corrette. Quando provo a capire una particolare configurazione di circuito o transistor, trovo che di solito sia meglio scegliere qualsiasi modello che renda più semplice l'analisi.

Modificare:

Un BJT si satura permettendo a Ib di superare una certa soglia? In tal caso, questa soglia dipende dal "carico" collegato al collector? Un transistor è saturo semplicemente perché Ib è abbastanza alto da non rendere più la beta del transistor il fattore limitante in Ic?

$I_b$$V_{CC}$$R_C$$R_E$

Il transistor BJT sarà saturo nel momento in cui Ic non seguirà la relazione lineare di:

$I_c = HFE * I_b$

Quindi tutto ciò che dobbiamo fare è limitare l'Ic dal raggiungimento di questo valore.

$I_b$$I_b$$I_b$$I_c$$R_c$

$R_b$$R_c$$R_b=5K$

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

$I_c$$1mA * 50 = 50mA$$R_c$$I_c$

Se si utilizza il transistor come interruttore, si consiglia di aggiungere una resistenza aggiuntiva (10K) tra la base e la terra (per commutazione rapida e prevenzione delle perdite, a condizione che BJT sia di tipo NPN)

La saturazione è quando un aumento dell'input non produce un aumento dell'output. In un BJT, ciò sarebbe dovuto al fatto che l'uscita ha raggiunto la sua massima corrente di conduzione.

Il metodo con cui progetto per garantire che una commutazione BJT in modalità emettitore comune venga presa in saturazione durante la conduzione è ...

Trova nella scheda tecnica del BJT i ​​suoi Ic (max) e hFE (min).

Calcola la corrente di base richiesta Ib come 5 x Ic (max) / hFE (min)

Il 5x è un "fattore di sfumatura" personale, che consente una corrente di base aggiuntiva per garantire che il BJT sia completamente spinto in saturazione.

Questo presuppone un caso semplice: un piccolo BJT in modalità emettitore comune che commuta piccolo (diciamo <2 A) carica una bassa frequenza (diciamo <50 kHz) con una sorgente di corrente di base capace. Altrimenti ci sono ulteriori condizioni analogiche da considerare, ad esempio se la saturazione del BJT darà buone prestazioni di commutazione o se un MOSFET / ecc. dovrebbe essere usato invece. (Questo va oltre lo scopo di questa risposta, però.)

So che questa è una vecchia domanda, ma molte persone la stanno ancora visualizzando.

$i_C/i_B$

$h_{fe}$

$V_{BE}$

$V_{CEsat}$

$\beta$$V_{CEsat}$$I_{C}$

Una beta di 0,1 raramente sarebbe utile o accettabile, ma in questo caso lo era.

$R_{DSon}$

Esistono due modi per portare il transistor in modalità saturazione:

1) Uso della resistenza Rc: possiamo calcolare la corrente massima (Ic) assumendo Vce = 0. Ic (max) = Vcc / Rc

puoi trovare la corrente di base corrispondente (Ib) = Ic / (beta).

Il transistor sarà in saturazione se si applica una corrente di base maggiore della corrente di base calcolata sopra

2) Utilizzando la corrente di saturazione nominale (scheda tecnica): è possibile applicare la corrente di base che tende a produrre una corrente di collettore maggiore rispetto a quella indicata nella scheda tecnica

$h_{FE}$$V_{BEsat}$$V_{CEsat}$$\beta$

$I_{C} \over h_{FE}$

$I_{C}$

Fai attenzione, quindi questo guadagno è quello che desideri.

NPN BJT entrerà nella modalità di saturazione quando Vcb sarà al di sotto di un valore. Sedra & Smith utilizzano un valore di 0,4 V, ma questo dipenderà dal dispositivo.

Anche se non ho idea del motivo per cui vorresti utilizzare BJT come interruttore. I MOSFET sono più adatti a questo compito.