Comment saturer un transistor NPN?

Je comprends qu'en "mode saturation", un BJT fonctionne comme un simple commutateur. Je l'ai utilisé avant de piloter des LED, mais je ne suis pas sûr de bien comprendre comment j'ai mis le transistor dans cet état.

Un TJB est-il saturé en élevant Vbe au-dessus d’un certain seuil? J'en doute, car les BJT, tels que je les comprends, sont contrôlés par le courant et non par la tension.

Un BJT est-il saturé en permettant à Ib de dépasser un certain seuil? Si tel est le cas, ce seuil dépend-il de la "charge" connectée au collecteur? Un transistor est-il saturé simplement parce que Ib est suffisamment élevé pour que la bêta du transistor ne soit plus le facteur limitant de Ic?

Conduisez suffisamment de courant dans la base pour que la jonction base-collecteur soit polarisée en avant. La quantité de courant dépend du type de transistor. La «saturation» a à voir avec le nombre de porteurs de charge dans la région de base qui peuvent entrer dans la région du collecteur. Certains viendront du terminal de base, mais beaucoup d'autres viendront dans la région de base à partir de la région d'émetteur. Au-delà d'une certaine quantité de courant de base, il n'y aura tout simplement pas d'augmentation du nombre de porteurs de charge disponibles pouvant traverser la jonction en Colombie-Britannique.

Un transistor entre en saturation lorsque les jonctions base-émetteur et base-collecteur sont toutes deux polarisées en direct. Ainsi, si la tension du collecteur tombe en dessous de la tension de base et que la tension de l'émetteur est inférieure à la tension de base, le transistor est saturé.

Considérez ce circuit amplificateur émetteur commun. Si le courant du collecteur est suffisamment élevé, la chute de tension dans la résistance sera suffisamment importante pour que la tension du collecteur soit inférieure à la tension de base. Mais notez que la tension du collecteur ne peut pas être trop basse, car la jonction base-collecteur ressemblera alors à une diode polarisée en direct! Donc, vous aurez une chute de tension à la jonction base-collecteur mais ce ne sera pas le 0,7V habituel, ce sera plutôt 0,4V.

Comment le sortez-vous de la saturation? Vous pouvez réduire la quantité de base du transistor (soit réduire la tension soit réduire le courant ), ce qui réduira ensuite le courant du collecteur, ce qui signifie que la chute de tension à travers la résistance du collecteur sera également diminuée. Cela devrait augmenter la tension au niveau du collecteur et faire en sorte que le transistor ne soit plus saturé. Dans le cas "extrême", c'est ce qui est fait lorsque vous éteignez le transistor. Le lecteur de base est complètement supprimé. vaut zéro et . Par conséquent, est égal à zéro également et la résistance du collecteur est comme une montée, ce qui porte la tension du collecteur à .$V_{be}$$I_b$$V_{be}$$I_b$$I_c$$V_{CC}$

Un commentaire de suivi sur votre déclaration

Un TJB est-il saturé en élevant Vbe au-dessus d’un certain seuil? J'en doute, car les BJT, tels que je les comprends, sont contrôlés par le courant et non par la tension.

Il existe différentes manières de décrire le fonctionnement d'un transistor. L’une consiste à décrire la relation entre les courants dans les différents terminaux:

etc. En regardant de cette façon, on pourrait dire que le courant du collecteur est contrôlé par le courant de base .

Une autre façon de voir les choses serait de décrire la relation entre la tension base-émetteur et le courant du collecteur, qui est

En regardant de cette façon, le courant du collecteur est contrôlé par la tension de base .

C'est vraiment déroutant. Cela m'a confondu pendant longtemps. La vérité est que vous ne pouvez pas vraiment séparer la tension base-émetteur du courant de base, car elles sont interdépendantes. Donc, les deux points de vue sont corrects. Lorsque j'essaie de comprendre un circuit particulier ou une configuration de transistor, je trouve qu'il est généralement préférable de choisir le modèle le plus facile à analyser.

Modifier:

Un BJT est-il saturé en permettant à Ib de dépasser un certain seuil? Si tel est le cas, ce seuil dépend-il de la "charge" connectée au collecteur? Un transistor est-il saturé simplement parce que Ib est suffisamment élevé pour que la bêta du transistor ne soit plus le facteur limitant de Ic?

La partie audacieuse est fondamentalement tout à fait exacte. Mais le seuil n'est pas intrinsèque à un transistor particulier. Cela dépend non seulement du transistor lui-même, mais également de la configuration: , , , etc.$I_b$$V_{CC}$$R_C$$R_E$

Le transistor BJT sera saturé dès que le Ic ne suivra pas la relation linéaire de:

$I_c = HFE * I_b$ .

Il suffit donc de limiter le Ic pour atteindre cette valeur.

Etant donné que est déterminé par la valeur de la résistance connectée à la base et par la tension de commande à son autre extrémité, il est facile de forcer à n’importe quelle valeur. Lorsque est déterminé, calculez le théorique et réglez-le sur pour le réduire (par exemple de 5 à 8) afin d'entrer dans la zone de saturation et l'empêcher de suivre la relation linéaire.$I_b$$I_b$$I_b$$I_c$$R_c$

Par exemple: est connecté à 5V et (juste pour le rendre intéressant) à 12V. Supposons HFE = 50. Si nous posons alors$R_b$$R_c$$R_b=5K$

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

Cela implique que le sera de . Maintenant, si nous à environ 2K, cela limitera à moins de 6 mA, une valeur presque 10 fois inférieure à la plage linéaire et le transistor sera saturé.$I_c$$1mA * 50 = 50mA$$R_c$$I_c$

Si vous utilisez le transistor comme commutateur, il est recommandé d'ajouter une résistance supplémentaire (10K) entre la base et la terre (pour une commutation rapide et une prévention des fuites, à condition que le BJT soit du type NPN)

La saturation se produit lorsqu'une augmentation de l'entrée ne produit pas une augmentation de la sortie. Dans un BJT, cela serait dû au fait que la sortie a atteint sa conduction de courant maximale.

La méthode que je conçois avec pour assurer qu’un commutateur BJT en mode émetteur commun soit pris en saturation lorsqu’il est ...

Retrouvez dans la fiche technique du BJT ses Ic (max) et hFE (min).

Calculez le courant de base requis Ib sous la forme 5 x Ic (max) / hFE (min)

Le 5 x est un «facteur de fudge» personnel, permettant un courant de base supplémentaire pour s'assurer que le BJT est complètement poussé à saturation.

Cela suppose un cas simple: un petit BJT dans une commutation en mode émetteur commun petit (disons <2 A) charge une basse fréquence (disons <50 kHz) avec une source de courant de base capable. Sinon, il faut prendre en compte d’autres conditions analogiques, par exemple si la saturation du BJT donne de bonnes performances de commutation ou si un MOSFET / etc. devrait être utilisé à la place. (Cela dépasse toutefois la portée de cette réponse.)

Je sais que c'est une vieille question, mais beaucoup de gens la regardent encore.

Une autre façon de savoir si votre transistor est en saturation consiste à examiner le rapport . Ce paramètre s'appelle la "bêta forcée". La bêta forcée peut être considérée comme la valeur bêta requise pour l'état actuel du transistor.$i_C/i_B$

Si vous trouvez que la valeur de la bêta forcée est inférieure à la valeur de la bêta ( ), alors vous savez que vous êtes saturé, car vous utiliseriez la valeur "complète" de la bêta dans la région active.$h_{fe}$

Cette méthode est utile lorsque vous ne connaissez pas la valeur de .$V_{BE}$

Il est à noter que dans le "monde réel", la saturation n'est PAS un seul état bien défini. Lorsque vous appliquez un courant de base croissant, continue de chuter pour un courant de collecteur donné.$V_{CEsat}$

"Il y a longtemps", j'ai utilisé un transistor bipolaire pour commuter un diviseur de tension. La tension de saturation du transistor a affecté la tension de sortie du diviseur. J'ai utilisé un transistor à gain élevé (probablement BC 817-40 avec un de ~ = 400) et une commande de courant de base d'environ dix fois le courant du collecteur, c'est-à-dire un "beta forcé" de 0,1. Cela a réduit à quelques mV par rapport aux 10 de mV habituellement observés à faible .V C E est un t I $\beta$$V_{CEsat}$$I_{C}$

Une version bêta de 0,1 serait rarement utile ou acceptable, mais dans le cas présent.

De nos jours, je voudrais utiliser un MOSFET low pour le commutateur.$R_{DSon}$

Il y a deux façons de mettre un transistor en mode de saturation:

1) Utilisation de la résistance Rc: on peut calculer le courant max (Ic) en supposant que Vce = 0. Ic (max) = Vcc / Rc

vous pouvez trouver le courant de base correspondant (Ib) = Ic / (beta).

Le transistor sera saturé si vous appliquez un courant de base supérieur au courant de base calculé

2) En utilisant le courant de saturation nominal (fiche technique): vous pouvez appliquer un courant de base qui tend à produire un courant de collecteur plus important que celui indiqué dans la fiche technique

La saturation d'un transisor dépend également de sa fiche technique. Vous devez trouver un graphe avec un non linéaire comprenant et et utiliser ce pour vos calculs. V B E est un t V C E s a t$h_{FE}$$V_{BEsat}$$V_{CEsat}$$\beta$

Maintenant, vous pouvez facilement calculer le courant de base qui est et la résistance de base nécessaire qui est$I_{C} \over h_{FE}$

Recherchez un autre graphique qui montre l’influence de sur le gain CC.$I_{C}$

Attention, ce gain est celui que vous voulez.

Le NPN BJT entrera en mode de saturation lorsque Vcb sera en dessous d’une certaine valeur. Sedra & Smith utilise une valeur de 0,4 V, mais cela dépendra de l’appareil.

Bien que je ne sache pas pourquoi vous voudriez utiliser BJT comme commutateur. Les MOSFETS conviennent mieux à cette tâche.