ฉันจะทำให้ทรานซิสเตอร์ NPN อิ่มตัวได้อย่างไร

ฉันเข้าใจว่าใน "โหมดความอิ่มตัว" BJT ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ธรรมดา ฉันใช้สิ่งนี้ก่อนขับ LED แต่ฉันไม่แน่ใจว่าฉันเข้าใจชัดเจนว่าฉันได้รับทรานซิสเตอร์เข้าสู่สถานะนั้นได้อย่างไร

BJT อิ่มตัวหรือไม่โดยการเพิ่ม Vbe เกินเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่? ฉันสงสัยในเรื่องนี้เพราะ BJTs ตามที่ฉันเข้าใจพวกเขามีการควบคุมในปัจจุบันไม่ใช่การควบคุมแรงดันไฟฟ้า

BJT อิ่มตัวหรือไม่โดยยอมให้ Ib ผ่านเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้นเกณฑ์นี้จะขึ้นอยู่กับ "โหลด" ที่เชื่อมต่อกับตัวสะสมหรือไม่ ทรานซิสเตอร์มีความอิ่มตัวหรือไม่เพราะ Ib นั้นสูงพอที่ค่าเบต้าของทรานซิสเตอร์จะไม่เป็นปัจจัย จำกัด ใน Ic อีกต่อไป?

ขับกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอลงในฐานเพื่อให้ชุมทางตัวรวบรวมฐานกลายเป็นลำเอียงไปข้างหน้า กระแสจะขึ้นอยู่กับชนิดของทรานซิสเตอร์ 'ความอิ่มตัว' นั้นเกี่ยวข้องกับจำนวนของผู้ให้บริการที่ชาร์จในภูมิภาคฐานที่สามารถทำให้มันเข้าสู่ภูมิภาคของนักสะสม บางส่วนจะมาจากสถานีฐาน แต่อีกหลายแห่งจะเข้ามาในพื้นที่ฐานจากภูมิภาคอีซีแอล นอกเหนือจากจำนวนฐานปัจจุบันจำนวนหนึ่งจะไม่มีการเพิ่มขึ้นของผู้ให้บริการที่มีอยู่ซึ่งสามารถข้ามชุมทาง BC ได้

ทรานซิสเตอร์จะเข้าสู่ความอิ่มตัวเมื่อ junctions ทั้งตัวส่งฐานและตัวเก็บรวบรวมนั้นมีความเอนเอียงไปข้างหน้าโดยทั่วไป ดังนั้นหากแรงดันไฟฟ้าสะสมลดลงต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าฐานและแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานแล้วทรานซิสเตอร์จะอยู่ในความอิ่มตัว

พิจารณาวงจรเครื่องขยายสัญญาณสามัญสามัญนี้ ถ้ากระแสสะสมสูงพอแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะใหญ่พอที่จะลดแรงดันสะสมไว้ต่ำกว่าแรงดันพื้นฐาน แต่โปรดทราบว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมไม่สามารถลดลงต่ำเกินไปได้เพราะทางแยกของตัวเก็บรวบรวมฐานจะเป็นเหมือนไดโอดตัวเอนไปข้างหน้า! ดังนั้นคุณจะมีแรงดันไฟฟ้าตกข้ามทางแยกฐานสะสม แต่มันจะไม่ใช่ 0.7V ปกติมันจะเหมือน 0.4V มากกว่า

คุณนำมันออกมาจากความอิ่มตัวได้อย่างไร คุณสามารถลดปริมาณของไดรฟ์ฐานเป็นทรานซิสเตอร์ (ลดแรงดันหรือลดปัจจุบัน) ซึ่งจะลดกระแสของตัวสะสมซึ่งหมายความว่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานตัวเก็บประจุจะลดลงด้วย สิ่งนี้ควรเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ตัวสะสมและทำหน้าที่นำทรานซิสเตอร์ออกจากความอิ่มตัว ในกรณี "มาก" นี่คือสิ่งที่จะทำเมื่อคุณปิดทรานซิสเตอร์ ไดรฟ์พื้นฐานถูกลบอย่างสมบูรณ์ เป็นศูนย์และเพื่อให้เป็นI_bดังนั้นเป็นศูนย์เกินไปและต้านทานสะสมเป็นเหมือนดึงขึ้นนำแรงดันสะสมถึง{}$V_{be}$$I_b$$V_{be}$$I_b$$I_c$$V_{CC}$

ความคิดเห็นติดตามคำสั่งของคุณ

BJT อิ่มตัวหรือไม่โดยการเพิ่ม Vbe เกินเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่? ฉันสงสัยในเรื่องนี้เพราะ BJTs ตามที่ฉันเข้าใจพวกเขามีการควบคุมในปัจจุบันไม่ใช่การควบคุมแรงดันไฟฟ้า

มีหลายวิธีในการอธิบายการทำงานของทรานซิสเตอร์ หนึ่งคือการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกระแสในอาคารต่าง ๆ :

เมื่อมองด้วยวิธีนี้คุณสามารถพูดได้ว่ากระแสของตัวสะสมนั้นถูกควบคุมโดยกระแสหลัก

อีกวิธีในการดูมันจะเป็นการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันอิมิเตอร์และตัวเก็บกระแสในปัจจุบันซึ่งก็คือ

มองไปที่มันด้วยวิธีนี้สะสมในปัจจุบันถูกควบคุมโดยฐานแรงดันไฟฟ้า

นี่คือความสับสนอย่างแน่นอน มันทำให้ฉันสับสนมานาน ความจริงก็คือคุณไม่สามารถแยกความต่างศักย์ไฟฟ้าของตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าออกจากกระแสไฟฟ้าเบสได้ ดังนั้นมุมมองทั้งสองถูกต้อง เมื่อพยายามทำความเข้าใจกับวงจรหรือการกำหนดค่าทรานซิสเตอร์โดยเฉพาะฉันพบว่ามันเป็นการดีที่สุดที่จะเลือกแบบจำลองที่จะวิเคราะห์ได้ง่ายที่สุด

แก้ไข:

BJT อิ่มตัวหรือไม่โดยยอมให้ Ib ผ่านเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้นเกณฑ์นี้จะขึ้นอยู่กับ "โหลด" ที่เชื่อมต่อกับตัวสะสมหรือไม่ ทรานซิสเตอร์มีความอิ่มตัวหรือไม่เพราะ Ib นั้นสูงพอที่ค่าเบต้าของทรานซิสเตอร์จะไม่เป็นปัจจัย จำกัด ใน Ic อีกต่อไป?

ส่วนที่เป็นตัวหนานั้นถูกต้องแล้ว แต่เกณฑ์นั้นไม่ได้มีทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่ง ไม่เพียง แต่จะขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์เท่านั้น แต่ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่า: , ,ฯลฯV C C R C R $I_b$$V_{CC}$$R_C$$R_E$

BJT ทรานซิสเตอร์จะอิ่มตัวในช่วงเวลาที่ Ic จะไม่ติดตามความสัมพันธ์เชิงเส้นของ:

$I_c = HFE * I_b$I_b

ดังนั้นสิ่งที่เราต้องทำคือ จำกัด ไอซีจากการเข้าถึงค่านี้

เนื่องจากนั้นถูกกำหนดโดยค่าของตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับฐานและแรงดันในการขับเคลื่อนที่ปลายอีกด้านของมันทำให้ง่ายต่อการบังคับให้เป็นค่าใด ๆ เมื่อถูกกำหนดคำนวณทางทฤษฎีและตั้งค่าเพื่อลด (พูด 5-8) เพื่อที่จะเข้าสู่โซนอิ่มตัวและป้องกันไม่ให้มันไปตามความสัมพันธ์เชิงเส้น$I_b$$I_b$$I_b$$I_c$$R_c$

ตัวอย่างเช่น: เชื่อมต่อกับ 5V และ (เพื่อทำให้มันน่าสนใจ) เป็น 12V Supose HFE = 50 ถ้าเราตั้งค่าแล้ว$R_b$$R_c$$R_b=5K$

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

ซึ่งหมายความว่าจะ50mA ทีนี้ถ้าเราตั้งค่าให้มีค่าประมาณ 2K จะทำให้เหลือน้อยกว่า 6mA ค่าจะน้อยกว่าช่วงเชิงเส้นประมาณ 10 เท่าและทรานซิสเตอร์จะอิ่มตัว$I_c$$1mA * 50 = 50mA$$R_c$$I_c$

หากใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ขอแนะนำให้เพิ่มตัวต้านทานเพิ่มเติม (10K) ระหว่างฐานและพื้น (สำหรับการสลับที่รวดเร็วและการป้องกันการรั่วให้ BJT เป็นประเภท NPN)

ความอิ่มตัวคือเมื่อการเพิ่มขึ้นของอินพุตไม่ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของเอาต์พุต ใน BJT นี่อาจเป็นเพราะผลผลิตถึงค่าการนำกระแสสูงสุดแล้ว

วิธีที่ฉันออกแบบด้วยเพื่อให้แน่ใจว่าการสลับ BJT ในโหมดตัวปล่อยความร้อนร่วมถูกนำไปสู่ความอิ่มตัวเมื่อดำเนินการคือ ...

ค้นหาในแผ่นข้อมูลของ BJT คือ Ic (สูงสุด) และ hFE (ขั้นต่ำ)

คำนวณกระแสฐานที่ต้องการ Ib เป็น 5 x Ic (สูงสุด) / hFE (ขั้นต่ำ)

5 x เป็น 'ปัจจัยเหลวไหล' ส่วนบุคคลช่วยให้กระแสฐานเพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่า BJT ถูกผลักให้อิ่มตัวอย่างเต็มที่

สิ่งนี้สันนิษฐานว่าเป็นกรณีง่าย ๆ : BJT ขนาดเล็กในโหมดตัวส่งสัญญาณสามัญขนาดเล็ก (พูด <2 A) โหลดความถี่ต่ำ (พูด <50 kHz) พร้อมแหล่งสัญญาณกระแสฐานที่มีความสามารถ มิฉะนั้นจะต้องพิจารณาเงื่อนไขแบบอะนาล็อกเพิ่มเติมเช่นหากการอิ่มตัวของ BJT จะให้ประสิทธิภาพการสลับที่ดีหรือ MOSFET / etc ควรใช้แทน (นั่นเป็นสิ่งที่เกินขอบเขตของคำตอบนี้)

ฉันรู้ว่านี่เป็นคำถามเก่า แต่ผู้คนจำนวนมากยังคงดูอยู่

อีกวิธีหนึ่งที่จะทราบว่าทรานซิสเตอร์ของคุณอยู่ในความอิ่มตัวคือการมองหาที่อัตราส่วนของi_Cพารามิเตอร์นี้เรียกว่า "เบต้าบังคับ" การบังคับเบต้าสามารถถือได้ว่าเป็นค่าเบต้าที่จำเป็นสำหรับสถานะปัจจุบันของทรานซิสเตอร์$i_C/i_B$

หากคุณพบว่าค่าของเบต้าบังคับต่ำกว่าค่าของเบต้า ( ) แสดงว่าคุณรู้ว่าคุณอยู่ในช่วงอิ่มตัวเนื่องจากในพื้นที่ที่ใช้งานอยู่คุณจะใช้ค่า "เต็ม" ของเบต้า$h_{fe}$

วิธีนี้จะเป็นประโยชน์เมื่อคุณไม่ทราบว่าค่าของ }$V_{BE}$

เป็นที่น่าสังเกตว่าในความอิ่มตัวของ "โลกแห่งความจริง" นั้นไม่ได้เป็นสถานะที่กำหนดไว้อย่างเดียว ในขณะที่คุณใช้พื้นฐานที่เพิ่มขึ้นจะยังคงลดลงสำหรับนักสะสมที่กำหนด$V_{CEsat}$

"นานมาแล้ว" ฉันใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้วเพื่อสลับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์มีผลต่อแรงดันเอาต์พุตของตัวแบ่ง ฉันใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีอัตราขยายสูง (อาจเป็นBC 817-40กับของ ~ = 400) และไดรฟ์ปัจจุบันที่ฐานประมาณสิบเท่าของตัวสะสมกระแส - นั่นคือ "บังคับเบต้า" ที่ 0.1 สิ่งนี้ลดเป็น mV สองสามเมื่อเทียบกับ 10 ของ mV ที่มักจะเห็นที่ต่ำV C E s Tฉัน$\beta$$V_{CEsat}$$I_{C}$

เบต้าของ 0.1 จะไม่ค่อยมีประโยชน์หรือเป็นที่ยอมรับ แต่ในกรณีนี้มันเป็น

ทุกวันนี้ฉันจะใช้ MOSFET ที่ต่ำสำหรับสวิตช์$R_{DSon}$

มีสองวิธีในการนำทรานซิสเตอร์ในโหมดอิ่มตัว:

1) การใช้ตัวต้านทาน Rc: เราสามารถคำนวณค่ากระแสสูงสุด (Ic) โดยสมมติ Vce = 0. Ic (สูงสุด) = Vcc / Rc

คุณสามารถค้นหาพื้นฐานปัจจุบันที่สอดคล้องกัน (Ib) = Ic / (เบต้า)

ทรานซิสเตอร์จะอยู่ในความอิ่มตัวถ้าคุณใช้กระแสฐานที่มากกว่าและสูงกว่าฐานการคำนวณปัจจุบัน

2) โดยใช้การจัดอันดับความอิ่มตัวปัจจุบัน (แผ่นข้อมูล): คุณสามารถใช้กระแสฐานที่มีแนวโน้มที่จะผลิตกระแสสะสมที่มีขนาดใหญ่แล้วระบุไว้ในแผ่นข้อมูล

การอิ่มตัวตัวแปลงสัญญาณขึ้นอยู่กับแผ่นข้อมูลด้วย คุณต้องค้นหากราฟที่ไม่เชิงเส้นรวมถึงและและใช้สำหรับการคำนวณของคุณ V B E s T V C E s เสื้อ$h_{FE}$$V_{BEsat}$$V_{CEsat}$$\beta$

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

$I_{C}$

ระวังเพื่อให้ได้รับนี้เป็นสิ่งที่คุณต้องการ

NPN BJT จะเข้าสู่โหมดอิ่มตัวเมื่อ Vcb ต่ำกว่าค่าบางค่า Sedra & Smith ใช้ค่า 0.4V แต่จะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์

แม้ว่าฉันจะไม่รู้ว่าทำไมคุณถึงอยากใช้ BJT เป็นสวิตช์ MOSFETS เหมาะกว่าสำหรับงานนี้