Wie sättige ich einen NPN-Transistor?

Ich verstehe, dass im "Sättigungsmodus" ein BJT als einfacher Schalter fungiert. Ich habe dies vor dem Ansteuern von LEDs verwendet, bin mir aber nicht sicher, ob ich genau verstehe, wie ich den Transistor in diesen Zustand gebracht habe.

Wird ein BJT gesättigt, indem Vbe über einen bestimmten Schwellenwert angehoben wird? Ich bezweifle dies, weil BJTs, wie ich sie verstehe, stromgesteuert und nicht spannungsgesteuert sind.

Wird ein BJT gesättigt, indem Ib eine bestimmte Schwelle überschreitet? Wenn ja, hängt dieser Schwellenwert von der "Last" ab, die an den Kollektor angeschlossen ist? Ist ein Transistor einfach deshalb gesättigt, weil Ib hoch genug ist, dass das Beta des Transistors nicht länger der begrenzende Faktor in Ic ist?

Leiten Sie genügend Strom in die Basis, damit der Basis-Kollektor-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird. Wie viel Strom von der Art des Transistors abhängt. "Sättigung" hat damit zu tun, wie viele der Ladungsträger im Basisgebiet es in das Kollektorgebiet schaffen. Einige werden vom Basisanschluss kommen, aber viele weitere werden vom Emitterbereich in den Basisbereich kommen. Ab einer bestimmten Basisstrommenge werden die verfügbaren Ladungsträger, die den BC-Übergang überqueren können, nicht mehr erhöht.

Ein Transistor geht grundsätzlich in die Sättigung, wenn sowohl der Basis-Emitter- als auch der Basis-Kollektor-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Wenn also die Kollektorspannung unter die Basisspannung fällt und die Emitterspannung unter die Basisspannung liegt, befindet sich der Transistor in der Sättigung.

Betrachten Sie diese Common Emitter Amplifier-Schaltung. Wenn der Kollektorstrom hoch genug ist, ist der Spannungsabfall am Widerstand groß genug, um die Kollektorspannung unter die Basisspannung zu senken. Beachten Sie jedoch, dass die Kollektorspannung nicht zu niedrig werden darf, da der Basis-Kollektor-Übergang dann wie eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode ist! Sie haben also einen Spannungsabfall an der Basis-Kollektor-Verbindung, der jedoch nicht die üblichen 0,7 V, sondern eher 0,4 V beträgt.

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

Ein nachfolgender Kommentar zu Ihrer Aussage

Wird ein BJT gesättigt, indem Vbe über einen bestimmten Schwellenwert angehoben wird? Ich bezweifle dies, weil BJTs, wie ich sie verstehe, stromgesteuert und nicht spannungsgesteuert sind.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Betrieb von Transistoren zu beschreiben. Eine besteht darin, die Beziehung zwischen den Strömen in den verschiedenen Anschlüssen zu beschreiben:

es usw. Blick auf diese Weise könnte man sagen , daß der Kollektorstrom durch die Basis gesteuert wird Strom .

Eine andere Betrachtungsweise wäre, die Beziehung zwischen Basis-Emitter-Spannung und Kollektorstrom zu beschreiben

Betrachtet man es auf diese Weise wird der Kollektorstrom durch die Basis gesteuert Spannung .

Das ist definitiv verwirrend. Es hat mich lange verwirrt. Die Wahrheit ist, dass Sie die Basis-Emitter-Spannung nicht wirklich vom Basisstrom trennen können, weil sie miteinander zusammenhängen. Beide Ansichten sind also richtig. Wenn ich versuche, eine bestimmte Schaltungs- oder Transistorkonfiguration zu verstehen, ist es normalerweise am besten, nur das Modell auszuwählen, das die Analyse am einfachsten macht.

Bearbeiten:

Wird ein BJT gesättigt, indem Ib eine bestimmte Schwelle überschreitet? Wenn ja, hängt dieser Schwellenwert von der "Last" ab, die an den Kollektor angeschlossen ist? Ist ein Transistor einfach deshalb gesättigt, weil Ib hoch genug ist, dass das Beta des Transistors nicht länger der begrenzende Faktor in Ic ist?

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

Der BJT-Transistor ist in dem Moment gesättigt, in dem der Ic nicht der linearen Beziehung folgt von:

$I_c = HFE * I_b$

Alles, was wir tun müssen, ist, den Ic davon abzuhalten, diesen Wert zu erreichen.

$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$

Wenn der Transistor als Schalter verwendet wird, wird empfohlen, einen zusätzlichen Widerstand (10 K) zwischen der Basis und der Erde hinzuzufügen (zum schnellen Schalten und zur Vermeidung von Leckströmen, vorausgesetzt, der BJT ist vom Typ NPN).

Sättigung ist, wenn eine Zunahme der Eingabe keine Zunahme der Ausgabe erzeugt. In einem BJT liegt dies daran, dass der Ausgang seine maximale Stromleitung erreicht hat.

Die Methode, die ich entwerfe, um sicherzustellen, dass ein schaltender BJT im Common-Emitter-Modus in die Sättigung geht, wenn ...

Entnehmen Sie dem Datenblatt des BJT die Werte für Ic (max) und hFE (min).

Berechnen Sie den erforderlichen Basisstrom Ib als 5 x Ic (max) / hFE (min)

Das 5-fache ist ein persönlicher "Fudge-Faktor", der zusätzlichen Basisstrom ermöglicht, um sicherzustellen, dass der BJT vollständig in die Sättigung gedrückt wird.

Dies setzt einen einfachen Fall voraus: Ein kleiner BJT im Common-Emitter-Modus, der klein schaltet (sagen wir <2 A), lädt eine niedrige Frequenz (sagen wir <50 kHz) mit einer fähigen Basisstromquelle. Andernfalls sind weitere analoge Bedingungen zu berücksichtigen, z. B. ob eine Sättigung des BJT eine gute Schaltleistung ergibt oder ob ein MOSFET / usw. sollte stattdessen verwendet werden. (Das würde den Rahmen dieser Antwort jedoch sprengen.)

Ich weiß, dass dies eine alte Frage ist, aber viele Leute sehen sie sich immer noch an.

$i_C/i_B$

$h_{fe}$

$V_{BE}$

$V_{CEsat}$

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

Ein Beta von 0,1 wäre selten nützlich oder akzeptabel, aber in diesem Fall war es das auch.

$R_{DSon}$

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen Transistor in den Sättigungsmodus zu bringen:

1) Verwendung eines Rc-Widerstands: Wir können den maximalen Strom (Ic) berechnen, indem wir Vce = 0 annehmen. Ic (max) = Vcc / Rc

Sie finden den entsprechenden Basisstrom (Ib) = Ic / (beta).

Der Transistor ist in der Sättigung, wenn Sie einen Basisstrom anlegen, der über dem berechneten Basisstrom liegt

2) Bei Verwendung des Bemessungssättigungsstroms (Datenblatt): Sie können einen Basisstrom verwenden, der tendenziell einen größeren Kollektorstrom erzeugt, als im Datenblatt angegeben

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

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

$I_{C}$

Seien Sie vorsichtig, damit dieser Gewinn derjenige ist, den Sie wollen.

Der NPN BJT wechselt in den Sättigungsmodus, wenn Vcb einen bestimmten Wert unterschreitet. Sedra & Smith verwenden einen Wert von 0,4 V, dies ist jedoch geräteabhängig.

Obwohl ich keine Ahnung habe, warum Sie BJT als Switch verwenden möchten. MOSFETs sind für diese Aufgabe besser geeignet.