Режим насыщения это: 1.3. Биполярные транзисторы | Электротехника

13-18

13. Динамический режим работы транзистора 1) Понятие о динамическом режиме. Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения. На Рис. 76 резистор Rк – это коллекторная нагрузка для транзистора, включённого по схеме с ОЭ, обеспечивающая динамический режим работы. Eк = URк + Uкэ URк = Iк ∙ Rк Eк = Uкэ + Iк ∙ Rк Uкэ = Eк — Iк ∙ Rк – уравнение динамического режима работы транзистора. 2) Динамические характеристики и понятие рабочей точки. Уравнение динами- ческого режима является уравнением выходной динамической характеристики. Так как это уравнение линейное, выходная динамическая характеристика представляет собой прямую линию и строится на выходных статических характеристиках (смотрите Рис. 77). Две точки для построения прямой находятся из начальных условий. Iк при Uкэ=0 называется током коллектора насыщения. Выходная динамическая характеристика получила название нагрузочной прямой. По нагрузочной прямой можно построить входную динамическую характеристику. Но поскольку она очень близка к входной статической характеристике при Uкэ>0, то на практике пользуются входной статической характеристикой. Точка пересечения нагрузочной прямой с одной из ветвей выходной статической характери-стикой для заданного тока базы называется рабочей точкой транзистора. Рабочая точка позво-ляет определять токи и напряжения, реально существующие в схеме. 3) Ключевой режим работы транзистора (транзистор в режиме ключа). В за- висимости от состояния p-n переходов транзисторов различают 3 вида его работы: 1. Режим отсечки. Это режим, при котором оба его перехода закрыты (и эмиттерный и коллекторный). Ток базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет равен обрат- ному току. Уравнение динамического режима будет иметь вид: Uкэ = Eк — Iкбо ∙ Rк Произведение Iкбо ∙ Rк будет равно нулю. Значит, Uкэ → Eк 2.Режим насыщения – это режим, когда оба перехода – и эмиттерный, и коллекторный открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов, ток базы будет максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения. Iб = max; Iк ≈ Iк.н.; Uкэ = Eк – Iк.н ∙ Rн Произведение Iк.н ∙ Rн будет стремиться к Eк. Значит, Uкэ → 0. 3.Линейный режим – это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Iб.max > Iб > 0; Iк.н > Iк > Iкбо Eк > Uкэ > Uкэ.нас Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, ми- нуя линейный режим. Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально допу- стимого значения. В промежуток времени от 0 до t1 входное напряжение и ток базы близки к нулю, и транзистор находится в режиме отсечки. Напряжение Uкэ, является выходным и будет близко к Eк. В промежуток времени от t1 до t2 входное напряжение и ток базы транзисторастановятся максимальными, и транзистор перейдёт в режим насыщения. После момента вре- мени t2 транзистор переходит в режим отсечки. Вывод: транзисторный ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу сигнала на 180..	14. Классы работы усилителей. Схемы смещения рабочей точки биполярных транзисторов класс «A» — линейный, усиление происходит на линейном участке ВАХ (вольт-амперная характеристика), отсуствие переходных искажений, но низкий кпд (10-20%), т.е. данный класс неэкономичный в смысле расходования энергии и нагрева; класс «В» — лампы или транзисторы работают в ключевом режиме, т. е. усиливают только свою полуволну сигнала в линейном режиме. Это как бы 2 отдельных класса А (для каждой полуволны свой). Высокая экономичность, но возрастают переходные искажения за счёт неидеальности «стыковки» верхней и нижней полуволн сигнала; класс «С» этот класс усиления применяется только в ВЧ технике, т.к. для звуковой техники он малопригоден из-за больших переходных искажений сигнала. Рабочая точка выходного каскада смещена далеко за пределы области отсечки так, что транзистор открывается только при максимумах входного сигнала. В ВЧ схемах правильная форма сигнала восстанавливается на нагрузке — резонансном контуре. Эффективность данного усилителя очень высока. класс «AB» — компромиссный: за счёт начального смещения уменьшаются переходные искажения сигнала («стыковка» ближе к идеальной), но теряется экономичность и возникает опасность сквозного тока, потому, что транзистор (лампа) противоположного плеча полностью не закрывается. класс «D» — это особый класс на основе ШИМ. Выходные элементы работают полностью в ключевом режиме. Сигнал, полученный с помощью ШИМ, выделяется специальным фильтром нижних частот. Достоинства — очень высокая экономичность, недостатки — ВЧ импульсные помехи, которые необходимо подавлять. класс Е — если усилители класса D работают на основе ШИМ, то класс E — в ключевом режиме. В основном используется опять же, в ВЧ аппаратуре. класс G — более эффективная версия режима AB. Используется источник питания с разными напряжениями. Активный элемент подключается к источнику питания соответствующей величины, в зависимости от амплитуды сигнала. Таким образом, уменьшается напряжение на транзисторах, что приводит к снижению рассеиваемой мощности. класс «Н» — похож на класс G, за исключением способа реализации высоковольтной ступени источника питания. Напряжение питания отслеживает напряжение сигнала, оставляя на транзисторе небольшое напряжение, необходимое для работы. Для модуляции напряжения питания используется что-то типа ключевого усилителя класса D. класс «T» — похож на класс D, но с использованием цифровой коррекции сигнала. Под рабочей точкой понимаем совокупность координат биполярного транзистора IБ, IЭ, IК, UЭБ, UКБ, UКЭ, характеризующих режим транзистора по постоянному току при нулевом входном сигнале. Эта совокупность координат – рабочая точка биполярного транзистора. Сама схема включения включает в себя источники постоянного U и I, а также совокупность диодов, транзисторов и резисторов, обеспечивающих заданную рабочую точку. Рабочая точка создается источниками постоянного напряжения, подаваемыми на схему. Рассчитать схему смещения это значит, как правило, определить сопротивление резисторов в схеме по заданным координатам рабочих точек транзистора и напряжений источников питания. Рис. 1 – каскад делителем цепи базы. На рис. 1 собственно схема смещения включает в себя: +UИП, VT1 и R1-R4. Элементы eC, C1, RC относятся к цепи входного сигнала. В этой и других схемах будем считать, что схема смещения работоспособна, если в ней удается обеспечить для транзисторов совокупность I и U соответствующую активному режиму, смотри рис. 1 и рис. 2 В схеме 1 удается обеспечить совокупность токов и U соотв. рис. 1, значит, эта схема работоспособна. Схема 1 предназначена для реализации в дискретном исполнении. Для стабилизации режима дискретных схем смещения, как правило, вводится ООС. Докажем, что в схеме 1 есть такая ОС. Предположим, под воздействием дистабилизирующих факторов увеличился I, т. е. появился i K, совпадающий с физическим направлением тока. Токи IЭ и IК связаны между собой  , где  — коэффициент близкий к 1 => при этом возрастает и ток эмиттера, а значит, возрастет падение напряжения на R4, поскольку UR2=UЭБ1+UR4, то увеличение UR4 приведет к уменьшению UЭБ1 и рабочая точка перейдет из точки А в точку А1, при этом уменьшиться IЭ, а значит и IК, т. е. исчезнет первоначальное возмущение. В схеме ООС. Схемы 2 и 3 предназначены для интегрального исполнения, т. е. для реализации в одном кристалле кремния. В схемах 2 и 3 также нет противоречий для реализации схемы смещения работающей в активном режиме. Основной способ стабилизации схем смещения – интегральная параметрическая компенсация, при которой нежелательные явления в двух элементах взаимно компенсируются. В схемах 2 и 3 взаимно компенсируются температурные изменения напряжений э-б транзисторов VT1 и VT2. Рис. 3 – широко известная схема. Повторитель токов (токовое зеркало, отражатель тока). В схеме 3 I 1≈I2. Во всех трех схемах можно полагать IЭ≈IК, IБ≈0, IБ>>IК,IЭ.	15.Термосабилизация и термокомпенсация в схемах усилителей 1) Температурное свойство транзисторов. Диапазон рабочих температур транзистора определяется температурными свойствами p-n перехода. При его нагревании от комнатной температуры (25 .C) до 65 .C сопротивление базы и закрытого коллекторного перехода умень- шается на 15 – 20 %. Особенно сильно нагревание влияет на обратный ток коллектора Iкбо. Он увеличивается в два раза при увеличении на каждые 10.C. Всё это влияет на характеристики транзистора и положение рабочей точки (смотрите Рис. 88). Ток коллектора увеличивается, а напряжение Uкэ уменьшается, что равносильно открыванию транзистора. Вывод: схемы включения транзисторов с общим эмиттером требуют температурной стабилизации. В процессе работы транзистор нагревается, его ток восрастает и нормальная работа нарушается. Для уменьшения этого явления применяется ООС. а)Термостабилизация с помощью последовательной ООС рис.2-11. В этой схеме Uэ-напряжение обратной связи, Uэб=U1-Uэ – управляющее напряжение. При нагревании возрастает Iк , увеличивается Uэ, что приводит к уменьшению Uэб и Iк., коллекторный ток стабилизируется. б) Термостабилизация с помощью параллельной ООС. Обратная связь создается с помощью резистора, включенного между базой и эмиттером. С возрастанием коллекторного тока при нагреве транзистора, возрастает падение напряжения на Rк URк=Iк Rк, а поте нциал коллектора Uк=Uпит-URк уменьшается, что уменьшает ток базы а, значит и ток коллектора. Поэтому резистор Rб при таком включении создает ООС, стабилизирующую ток тразистора.
16.Частотные и шумовые свойства биполярных транзисторов. Частотное свойство транзисторов. Диапазон рабочих частот транзистора определя- ется двумя факторами:  Наличие барьерных ёмкостей на p-n переходах. Коллекторная ёмкость влияет значительно сильнее, так как она подключается параллельно большому сопротивлению (смотрите Рис. 89).  Возникновение разности фаз между токами эмиттерами и коллектора. Ток коллектора от- стаёт от тока эмиттера на время, требуемое для преодоления базы носителями заряда. 1) ω1 = 0, φ1 = 0 β1=Ik/Iб1 С увеличением частоты коэффициент усиления по току уменьшается. Поэтому для оценки ча- стотных свойств транзистора применяется один из основных параметров — параметр гранич- ной частоты fгр. Граничной частотой называется такая частота, на которой коэффициент уси- ления уменьшается в √2 раз. Коэффициент усиления через граничную частоту можно опреде- лить по формуле βo – коэффициент усиления на постоянном токе f – частота, на которой определяется коэффициент усиления β.	17.Полевые транзисторы с управляющим p—n переходом Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электриче- ского поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, ко- торое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду. Несколько определений:  Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, назы- вается истоком.  Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называ- ется стоком.  Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.  Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между pn переходом, называется каналом полевого транзистора. Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа. Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображе- но на рисунке 96, а с каналом p-типа на рисунке 97. Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа. 1) Uзи = 0; Ic1 = max; 2) |Uзи| > 0; Ic2 < Ic1 3) |Uзи| >> 0; Ic3 = 0 На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение меж- ду стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока. 1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутрен- ним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным. 2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличива- управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято гово- рить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала.	18. ООС в усилителях Обратная связь – процесс передачи сигнала с выхода усилителя обратно на его вход, а также цепь, осуществляющая эту передачу. Обратная связь (ОС) называется отрицательной (ООС), если выходной сигнал усилителя вычитается из входного. Для простоты будем рассматривать установившийся режим работы всей системы, причем усилитель работает в активном режиме (т.е. нормально усиливает сигнал без всяких там перегрузок). Структурная схема усилителя, охваченного ООС, показана на рис. 1. Здесь некоторый «виртуальный» усилитель с коэффициентом усиления по напряжению Ku’ получается из исходного «реального» усилителя, имеющего коэффициент усиления Ku, и охваченного цепью ООС. На самом деле термин «виртуальный» не совсем корректен, но я буду пользоваться им, потому что с точки зрения внешних устройств, подключенных к системе в целом, она представляет собой усилитель с параметрами, отличающимися от параметров реального исходного усилителя без ООС. С выхода реального усилителя напряжение передается на его вход через цепь ООС с коэффициентом передачи β: Обычно цепь ООС является пассивной, и β ≤ 1. Если цепь ООС усиливает, то это принципиально ничего не меняет, и все формулы в этом случае выводятся аналогично. Если β = 0, то это означает, что Uоос = 0 и обратная связь отсутствует. Обратите внимание, что совершенно безразлично, какую именно схему имеет цепь ООС. Главное – это насколько (во сколько раз) она ослабляет напряжение. В данной системе присутствует два разных входных напряжения, и чтобы не путаться, я им дам различные наименования: 1.    Напряжение, подаваемое на вход «виртуального» усилителя от источника сигнала. Его будем обозначать Uсигн. 2.    Напряжение, приходящее на вход реального усилителя – Uвх. Итак, выходное напряжение усилителя Uвых превращается цепью ООС в напряжение обратной связи Uоос и вычитается из входного напряжения. Результат – входное напряжение реального усилителя: Важный момент: Uоос всегда меньше Uсигн, поэтому Uвх всегда больше нуля. Реальный усилитель усиливает свой входной сигнал в Ku раз: Пробразуем: Но Uвых/Uсигн – это коэффициент усиления Ku’ «виртуального» усилителя, как он проявляется для внешнего мира, поэтому: Таким образом, мы получили формулу для вычисления коэффициента усиления для усилителя, охваченного ООС. Итак, при охвате усилителя ООС, его коэффициент усиления уменьшается в (1+β∙Ku) раз. Но введение ООС изменяет и другие параметры усилителя. 1. Отрицательная обратная связь изменяет в (1+β∙Ku) раз входное и выходное сопротивления усилителя. 2. Отрицательная обратная связь расширяет частотный диапазон усилителя. 3. Введение ООС уменьшает нелинейные искажения усилителя (коэффициент гармоник) примерно в (1+β∙Ku) раз.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор

Измерение электрофизических характеристик биполярного транзистора

Описание лабораторной установки и практические задания

Устройство лабораторной установки

Внешний вид установки можно увидеть на рис. 1. В её состав входят: источники питания 1, многопредельный миллиамперметр 2, измерительный модуль 3, осциллограф 4 и генератор сигналов 5.

Рис. 1.

1. Источники питания
Для питания схемы используются два лабораторных источника питания GPS3030D. Как пользоваться прибором, читаем здесь. .

2. Многопредельный миллиамперметр
Для измерения тока в работе используется мультиметр APPA-201N. Основные приёмы работы с ним можно прочитать здесь.

3. Измерительный модуль
Исследуемый транзистор и несколько пассивных элементов помещены в диэлектрический бокс, обеспечивающий защиту элементов схемы от внешних факторов и защищающий экспериментаторов от неблагоприятных воздействий (рис 2). Для подсоединения питающих напряжений и измерительных приборов на корпусе модуля имеются клеммы и ВЧ разъёмы.

Рис. 2.

4. Осциллограф
Осциллограф в данной установке используется для визуализации сигналов. Как пользоваться осциллографом, вкратце рассказано по этой ссылке.

5. Генератор сигналов
Генератор сигналов служит для подачи сигнала на базу исследуемого транзистора. Форма, частота и другие параметры сигнала зависят от поставленного задания. Краткую инструкцию по использованию генератора читайте здесь.

Практические задания

1. Измерение входной характеристики транзистора Iб = f(Uб)
Входная характеристика транзистора измеряется по схеме, изображённой на рис. 3(а).

Рис. 3.

Снимите зависимость тока базового перехода от напряжения на нём.
Следите за тем, чтобы величина тока была не более 1 мА.
2. Измерение обратной характеристики перехода база-эмиттер Iб = f (Uб)
Это задание необходимо выполнять, если в маршруте отсутствует работа «Полупроводниковый диод».
Измерение обратной характеристики перехода база-эмиттер производится по схеме, изображённой на рис. 3(б).
Снимите зависимость тока базового перехода от обратного напряжения на нём.
Следите за тем, чтобы величина тока была не более 50 мкА.

3. Измерение переходных характеристик транзистора Iк = f(Iб)
Для выполнения этого задания потребуется собрать схему рис. 4.

Рис. 4.

Проведите измерение семейства переходных характеристик при напряжениях на коллекторе транзистора 0,5 В, 1,0 В и 1,5 В.
Ток базы должен быть не более 300 мкА, при этом ток коллектора – не более 7 мА. Как будете определять ток базы?

4. Измерение выходных характеристик транзистора Iк = f (Uк)
Выполнение этого задания производится при включении транзистора по схеме рис. 4.
Проведите измерение семейства выходных характеристик при токах базы транзистора 20 мкА, 40 мкА, 60 мкА и 80 мкА.
Ток коллектора должен быть не более 7 мА.

5. Расчёт параметров транзистора
По результатам проведённых измерений:
— рассчитайте и постройте зависимость коэффициент передачи тока от напряжения коллектора при токах коллектора 2 мА и 5 мА;
— рассчитайте h-параметры транзистора при Iб = 40 мкА, Uк = 5 В.

6. Измерение коэффициента усиления однокаскадного усилителя
Задание выполняется по схеме рис. 5.

Рис. 5.

Установите линейный режим работы транзистора: напряжение Е1 = 6 В, ток базы (меняется изменением Е2) примерно 50…150 мкА, при этом ток коллектора должен быть в районе 3 мА, напряжение на коллекторе около 3 В. Подайте с генератора сигналов синусоидальный сигнал частотой 10…20 кГц, напряжением 10…20 мВ. Получите на осциллографе выходной сигнал. Скорректируйте положение рабочей точки и уровень входного сигнала для достижения минимальных искажений выходного сигнала (рис. 6).

Рис. 6.

При онлайн измерениях транзистор сам устанавливается в линейный режим, амплитуда входного напряжения соответствует требуемому значению. Проведите измерение зависимости коэффициента усиления по напряжению от частоты усиливаемого сигнала. Найдите граничные частоты усиления.
Совет: при построении графика частоту откладывайте в логарифмическом масштабе (по основанию 10).

7. Измерение времени переключения транзистора
Задание выполняется по схеме рис. 5.
Установите для транзистора режим отсечки: напряжение Е1 = 6 В, ток базы – ноль, при этом ток коллектора должен быть равен нулю, напряжение на коллекторе около 6 В. Подайте с генератора прямоугольный сигнал «меандр» частотой 120…150 кГц, напряжением 2…3 В. Получите на осциллографе выходной сигнал.
Подстройте уровень выходного напряжения генератора так, чтобы транзистор переключался из режима отсечки в режим насыщения. Примерный вид осциллограммы см. на рис. 7.

Рис. 7.

При онлайн измерениях транзистор сам устанавливается в необходимый режим, амплитуда входного напряжения соответствует требуемому значению. Измерьте зависимость времени переключения транзистора из режима отсечки в режим насыщения и из режима насыщения в режим отсечки от тока базы транзистора.
Оцените предельную частоту усиления транзистора, сравните со значением, полученным в предыдущем задании.

Техника безопасности

1. В лабораторной установке используются низкие напряжения, не опасные для жизни, поэтому дополнительных требований к безопасности нет.
2. Сборку, разборку и любые изменения в схеме следует производить только при выключенном питании.
3. После сборки схемы перед её включением следует пригласить заведующего лабораторией. Он проверит правильность сборки схемы и проведёт инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

бит — Как насытить транзистор NPN?

Транзистор переходит в режим насыщения, когда переходы база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении. Таким образом, если напряжение коллектора падает ниже напряжения базы, а напряжение эмиттера ниже напряжения базы, то транзистор находится в состоянии насыщения.

Рассмотрим эту схему усилителя с общим эмиттером. Если ток коллектора достаточно высок, то падение напряжения на резисторе будет достаточно большим, чтобы снизить напряжение коллектора ниже базового напряжения. Но обратите внимание, что напряжение коллектора не может быть слишком низким, потому что тогда переход база-коллектор будет похож на диод с прямым смещением! Таким образом, у вас будет падение напряжения на переходе база-коллектор, но оно будет не обычным 0,7 В, а скорее 0,4 В.

Как вывести его из состояния насыщения? Вы можете уменьшить величину базового привода транзистора (либо уменьшить напряжение \$V_{be}\$, либо уменьшить ток \$I_b\$), что затем уменьшит ток коллектора, что означает падение напряжения на транзисторе. Сопротивление коллектора также будет уменьшено. Это должно увеличить напряжение на коллекторе и вывести транзистор из состояния насыщения. В «крайнем» случае это происходит при выключении транзистора. Базовый диск полностью удален. \$V_{be}\$ равно нулю, равно как и \$I_b\$. Следовательно, \$I_c\$ также равен нулю, а коллекторный резистор работает как подтягивающий, повышая напряжение коллектора до \$V_{CC}\$.

Дополнительный комментарий к вашему заявлению

Насыщается ли BJT повышение Vbe выше определенного порога? Сомневаюсь в этом, потому что BJT, как я понять их, являются управляемый током, не управляемый напряжением.

Существует несколько способов описания работы транзистора. Один из них — описать взаимосвязь между токами на разных клеммах:

$$I_c = \beta I_b$$

$$I_c = \alpha I_e$$

$$I_e = I_b + I_c$$ 9{\frac{V_{be}} {V_T}}$$

Глядя на это таким образом, ток коллектора контролируется базовым напряжением .

Это определенно сбивает с толку. Меня это долго смущало. Правда в том, что вы не можете реально отделить напряжение база-эмиттер от тока базы, потому что они взаимосвязаны. Так что оба мнения верны. Пытаясь понять конкретную схему или конфигурацию транзистора, я считаю, что обычно лучше просто выбрать ту модель, которую легче всего анализировать.

Редактировать:

Насыщается ли BJT позволяя Ib пройти определенный порог? Если да, то этот порог зависит от «нагрузки», которая подключена к коллектору? транзистор насыщены просто потому, что Ib высок достаточно, чтобы бета транзистора уже не является ограничивающим фактором IC?

Выделенное жирным шрифтом в основном верно. Но порог \$I_b\$ не присущ конкретному транзистору. Это будет зависеть не только от самого транзистора, но и от его конфигурации: \$V_{CC}\$, \$R_C\$, \$R_E\$ и т. д.

Как узнать, насыщен ли транзистор? |

Есть несколько способов узнать, насыщен транзистор или нет. Очень важно, чтобы, если вы проектируете транзистор для работы в качестве переключателя, он работал в режимах насыщения и отсечки. Работа в режиме отсечки просто прерывает смещение транзистора. Однако работать в режиме насыщения не так просто. Вам нужно выполнить некоторые вычисления, измерения или моделирование, чтобы выбранные значения схемы действительно могли насытить транзистор. Аналогично, при использовании транзистора для работы в качестве линейной схемы или усилителя работа должна быть установлена ​​в пределах активной области. Установка в активную область также требует усилий и анализа. В этой статье я поделюсь с вами методами или способами, как узнать, насыщен ли транзистор или нет.

Как узнать, насыщается ли транзистор – с помощью фактического тестирования

Вы можете сделать вывод о работе транзистора, насыщен он или нет, выполнив фактические измерения. Контролируйте напряжение коллектор-эмиттер вашей схемы с помощью цифрового мультиметра. Если показание ниже 0,3 В, транзистор находится в состоянии насыщения. Транзисторы имеют диапазон напряжения насыщения от 0,7 В и ниже, но для схемы, предназначенной для жесткого насыщения, VCE будет ниже. На рисунке ниже показан способ измерения напряжения коллектор-эмиттер транзистора в цепи.

Настройка измерения VCE

Этот метод вообще не практичен. Как насчет того, что вы только начали проект, не говорите мне, что вы построите реальную схему, затем измерите VCE, и вы сделаете это со всеми схемами, которые имеют BJT в вашем проекте? В этом не будет смысла. И помимо усилий и затрат времени, этот подход еще и дорог. Вам нужно купить хлебные доски, провода и другие аксессуары там. Однако, если вы уже находитесь на этапе проверки разработки вашего продукта, да, вы можете использовать этот подход, потому что на этом этапе вам нужно намеренно построить реальную схему.

Как узнать, насыщается ли транзистор – с помощью моделирования

Этот метод имеет больше смысла, чем первый метод. Выполняя моделирование, вы можете определить работу вашей схемы. Вы можете поместить пробник напряжения между коллектором и эмиттером, а затем запустить симуляцию. Проблема с симуляцией

заключается в том, что не все типы транзисторов есть в библиотеке и с доступной моделью. Предположим, вы используете только бесплатный симулятор схемы, такой как LTSpice, но вам все равно нужно создать модель транзистора, если ее нет во встроенной библиотеке моделей. Сборка модели непростая задача для тех, кто берется за нее впервые.

Та же проблема с коммерческим симулятором схемы, если модель недоступна, вам нужно построить свою собственную модель. Некоторые разработчики схем используют только доступные модели транзисторов в библиотеке, однако это не даст точного результата.

Как узнать, насыщается ли транзистор — с помощью вычислений

Это подход старой школы, который не требует денег и не имеет ограничений, таких как доступность модели. Все, что вам нужно получить, это техпаспорт устройства. Тем не менее, я расскажу вам о недостатках этого подхода заранее; для этого потребуются знания в области электроники и аналитические способности. Но не волнуйтесь, я научу вас, как это сделать.

Есть два способа узнать, насыщен транзистор или нет. Первый метод заключается в предположении, что схема работает в режиме насыщения. Второй метод наоборот; Предположим, что работа схемы является линейной.

Метод 1: предположим, что цепь находится в состоянии насыщения

С помощью этого метода мы изначально предполагаем, что цепь находится в состоянии насыщения. Затем мы найдем максимальное усиление схемы или бета, а затем сравним его с минимальным усилением тока устройства. Если вычисленное максимальное значение бета канала меньше минимального значения бета устройства, то предположение верно; транзистор работает в режиме насыщения. В противном случае он работает в линейном режиме.

Пример 1:

Давайте применим этот метод в схеме ниже.

Шаг 1. Найдите ток коллектора

Поскольку мы предполагаем, что цепь находится в состоянии насыщения, ток коллектора определяется только значением сопротивления коллектора Rc.

Вы можете включить значение напряжения насыщения транзистора, если хотите, получив его в таблице данных. Если вы сделаете это, ток коллектора будет

VCEsat находится в диапазоне от 0,7 В и ниже в зависимости от транзистора. Преимущество отказа от учета напряжения насыщения коллектор-эмиттер состоит в том, что вы можете включить наихудший случай. Вы знаете, почему позже, так что продолжайте читать. Шаг 2. Вычисление тока базы транзистор имеет типовое значение 0,7В)

Шаг 3. Расчет коэффициента усиления схемы (бета)

Шаг 4. Сравнение бета-версии схемы с минимальной бета-версией устройства

Для транзистора BC817-25 минимальное значение бета равно 160. бета очень мала, чем минимальная бета устройства, несомненно, транзистор работает в режиме насыщения.

Теперь вернемся к вопросу, почему не включать устройство VCEsat выгодно. Вернемся к решению, транзистор насыщается, если верно следующее соотношение:

Если не учитывать VCEsat, вычисленная бета канала действительно является максимальной. Если критерий верен без VCEsat, несомненно, он будет верным и с VCEsat. Без включения напряжения насыщения стоимость спецификации не увеличится, но это может обеспечить запас прочности конструкции.

Проверка с помощью моделирования

По результатам моделирования VCE составляет всего около 16 мВ. Для транзистора BC817-25 значение VCE ниже 700 мВ уже считается насыщением. Между тем, ток коллектора составляет около 20 мА.

Пример 2:

Используя ту же схему, но изменив Rb на 200 кОм.

Шаг 1. Решение для тока коллектора

Шаг 2. Вычислите для базового тока

Шаг 3. Решайте для усиления цепи (бета)

9002 . Ст. Сравните бета-версию схемы с бета-версией минимального устройства

На основании результата указанный выше критерий не соответствует, поскольку 438,596 больше 160. Следовательно, транзистор не насыщается (линейная работа).

Вычисленная бета больше, чем бета транзистора. В реальной схеме это возможно? Ответ нет. Когда транзистор работает в линейном режиме, коэффициент бета схемы всегда будет соответствовать коэффициенту усиления по току устройства, указанному в техническом описании. Вычисленное значение 438,596 — это всего лишь результат значений схемы и условий, которые мы предоставляем. Помните, что мы предполагаем, что схема работает в режиме насыщения, при использовании тока насыщения требуемая бета очень высока, и при этом транзистор должен работать в линейной области, чтобы избежать достижения этого тока и поддерживать определенный коэффициент усиления по току.

В приведенном выше методе для сравнения использовалась минимальная бета-версия устройства. Бета-версия устройства имеет широкий диапазон, как указано в техническом описании. Например, транзистор BC817-25, диапазон коэффициента усиления по току обычно составляет 160-400. Так почему бы не использовать промежуточные значения или 400? Позвольте мне ответить так; когда ваша расчетная бета схемы равна 200, а затем вы сравнили ее с 400, тогда критерий все еще верен, и тогда вы заключаете, что транзистор насыщается. Однако, если реальная бета-версия компонента для партии транзисторов находится на минимальном пределе (160), у вашей конструкции будут проблемы. Ваша схема работает в активном режиме, а не в режиме насыщения, как ожидалось. Таким образом, используя минимальную бета-версию, все серые зоны будут устранены.

Проверка с помощью моделирования

По результатам моделирования VCE составляет около 4,6 В, что выше, чем VCEsat любого транзистора. Без сомнения, схема находится в активном режиме. С другой стороны, ток коллектора составляет около 15 мА. Это фактический ток в цепи при активной работе. Ток коллектора, который мы вычислили выше и который составляет 20 мА, не является фактическим током, поскольку схема не работает в режиме насыщения.

В этом методе, когда приведенный ниже критерий верен, вычисленный ток коллектора является фактическим током коллектора цепи. В противном случае вычисленный ток коллектора должен быть пересчитан с использованием линейного анализа.

Линейный анализ — это тот, который мы обычно делаем в колледже, с помощью которого мы вычисляем ток коллектора, используя бета-версию данного устройства. Этот анализ будет описан методом 2 ниже.

Метод 2: Предположим, что схема работает в линейной области

В этом методе предполагается, что транзистор работает линейно. Если схема действительно работает в линейной области, должен быть верен следующий критерий:

Пример 3:

Используя ту же схему, что и в примере 1 (перерисовано ниже), определите работу схемы, используя метод 2. для тока коллектора

Поскольку здесь мы предполагаем, что операция изначально линейна, ток коллектора должен быть рассчитан с использованием бета-версии устройства. При линейной работе бета-версия схемы определяется бета-версией устройства. Кроме того, сейчас мы рассмотрим максимальную бета-версию устройства, так как это может дать максимальный ток коллектора. Давайте использовать 300 для бета-версии устройства.

Шаг 3. Вычисление минимального VCE цепи

Шаг 4. Сравнение минимального VCE цепи с VCEsat max устройства 0,7 В. Нижеследующий критерий не выполняется. Следовательно, транзистор насыщается.

Хочу отметить. Фактическая цепь VCE не может быть отрицательной, потому что цепь не имеет отрицательного питания. Отрицательное значение будет зафиксировано на уровне земли, равном нулю вольт. Результаты вычислений говорят только о том, насколько насыщена схема.

Почему на этот раз использовалась максимальная бета-версия устройства? Это связано с тем, что он может дать максимальный ток коллектора, а расчетная схема VCE является минимальным значением. Если вы собираетесь использовать минимальную бету или любые значения между минимальным и максимальным диапазоном, это вызовет тень сомнения. Когда вы собираетесь использовать минимальную бета-версию устройства, вы получаете, например, схему VCE 1 В. Тогда вы сделаете вывод, что критерий верен и схема действительно работает в линейной области. Как насчет того, если фактическая бета-версия устройства находится в верхнем пределе, схема VCE опустится ниже 1 В и войдет в область насыщения.

Пример 4:

Используя ту же схему, что и в примере 3, но изменив значение Rb на 200 кОм, определите работу схемы, используя метод 2.

Шаг 1. Расчет базового тока

Шаг 2: Расчет тока коллектора

(бета устройства равна 300, как в примере 3 выше)

Шаг 3: Расчет минимального значения VCE цепи

Сравнение минимального значения VCE Шаг 4: к Устройству VCEsat max

Минимальное значение VCE схемы все еще выше, чем максимальное напряжение насыщения транзистора, и указанный ниже критерий соответствует. Несомненно, схема работает в линейной области.

Поскольку схема работает в линейной области,
вычисленный ток коллектора является фактическим током коллектора цепи, учитывая, что бета по-прежнему равна 300. При моделировании модель устройства использует типичное значение бета, которое находится в пределах минимального и максимального диапазона, поэтому вы можете получить немного другой результат с указанным выше током коллектора и VCE. Если вам удастся получить типичную бета-версию устройства, а затем использовать ее в приведенном выше анализе, вы сделаете моделирование и вычисления одинаковыми.

Резюме

Существуют разные способы узнать, насыщается транзистор или нет. Выберите из этих методов тот, который вы считаете самым простым для вас. Метод расчета может быть сложным для вас, особенно когда вы только начинаете работать в индустрии дизайна. Однако, если вы будете использовать его часто, вам станет очень легко. Преимущество метода расчета заключается в том, что вы можете рассмотреть наихудший случай, таким образом, вы можете гарантировать высокое качество продукта и надежную и прочную конструкцию.