¿Cómo saturo un transistor NPN?

Entiendo que en "modo de saturación", un BJT funciona como un simple interruptor. He usado esto antes de conducir LED, pero no estoy seguro de entender claramente cómo llevé el transistor a ese estado.

¿Un BJT se satura al elevar Vbe por encima de cierto umbral? Lo dudo, porque los BJT, según tengo entendido, están controlados por corriente, no controlados por voltaje.

¿Se satura un BJT al permitir que Ib supere un cierto umbral? Si es así, ¿este umbral depende de la "carga" que está conectada al colector? ¿Está un transistor saturado simplemente porque Ib es lo suficientemente alto como para que la beta del transistor ya no sea el factor limitante en Ic?

Conduzca suficiente corriente hacia la base para que la unión del colector de base se polarice hacia adelante. La cantidad de corriente dependerá del tipo de transistor. La 'saturación' tiene que ver con cuántos de los portadores de carga en la región base pueden llegar a la región del colector. Algunos vendrán desde la terminal base, pero muchos más entrarán en la región base desde la región emisora. Más allá de una cierta cantidad de corriente de base, simplemente no habrá un aumento en los portadores de carga disponibles que pueden cruzar la unión BC.

Un transistor entra en saturación cuando las uniones base-emisor y base-colector están polarizadas hacia adelante, básicamente. Entonces, si el voltaje del colector cae por debajo del voltaje base, y el voltaje del emisor está por debajo del voltaje base, entonces el transistor está en saturación.

Considere este circuito amplificador de emisor común. Si la corriente del colector es lo suficientemente alta, entonces la caída de voltaje a través de la resistencia será lo suficientemente grande como para reducir el voltaje del colector por debajo del voltaje base. ¡Pero tenga en cuenta que el voltaje del colector no puede ser demasiado bajo, porque la unión del colector base será como un diodo polarizado hacia adelante! Por lo tanto, tendrá una caída de voltaje a través de la unión del colector base pero no será el 0.7V habitual, será más como 0.4V.

¿Cómo lo sacas de la saturación? Podría reducir la cantidad de accionamiento base al transistor (ya sea reducir el voltaje o reducir la corriente I b ), lo que luego reducirá la corriente del colector, lo que significa que la caída de voltaje a través de la resistencia del colector también disminuirá. Esto debería aumentar el voltaje en el colector y actuar para sacar el transistor de la saturación. En el caso "extremo", esto es lo que se hace cuando apaga el transistor. La unidad base se retira por completo. V b e es cero y también lo es I b . Por lo tanto, yo $V_{be}$$I_b$$V_{be}$$I_b$$I_c$es cero también, y la resistencia de colector es como un pull-up, con lo que la tensión de colector hasta .$V_{CC}$

Un comentario de seguimiento sobre su declaración

¿Un BJT se satura al elevar Vbe por encima de cierto umbral? Lo dudo, porque los BJT, según tengo entendido, están controlados por corriente, no controlados por voltaje.

Hay varias formas diferentes de describir el funcionamiento del transistor. Una es describir la relación entre las corrientes en los diferentes terminales:

Mirándolo de esta manera, se podría decir que la corriente del colector está controlada por la corriente base .

Otra forma de verlo sería describir la relación entre el voltaje del emisor base y la corriente del colector, que es

Mirándolo de esta manera, la corriente del colector es controlada por el voltaje base .

Esto definitivamente es confuso. Me confundió por mucho tiempo. La verdad es que realmente no se puede separar el voltaje del emisor base de la corriente base, porque están interrelacionados. Entonces ambas vistas son correctas. Cuando trato de entender un circuito en particular o la configuración del transistor, encuentro que generalmente es mejor elegir el modelo que sea más fácil de analizar.

Editar:

¿Se satura un BJT al permitir que Ib supere un cierto umbral? Si es así, ¿este umbral depende de la "carga" que está conectada al colector? ¿Está un transistor saturado simplemente porque Ib es lo suficientemente alto como para que la beta del transistor ya no sea el factor limitante en Ic?

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

El transistor BJT se saturará en el momento en que el Ic no siga la relación lineal de:

$I_c = HFE * I_b$

Por lo tanto, todo lo que tenemos que hacer es limitar que Ic alcance este valor.

$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$

Si usa el transistor como interruptor, se recomienda agregar una resistencia adicional (10K) entre la base y la tierra (para una conmutación rápida y evitar fugas, siempre que el BJT sea de tipo NPN)

La saturación es cuando un aumento en la entrada no produce un aumento en la salida. En un BJT, esto se debe a que la salida ha alcanzado su máxima conducción de corriente.

El método que diseño para asegurar que un BJT de conmutación en modo de emisor común se sature cuando se conduce es ...

Encuentre en la hoja de datos de BJT su Ic (max) y hFE (min).

Calcule la corriente base requerida Ib como 5 x Ic (max) / hFE (min)

El 5 x es un "factor de fudge" personal, que permite una corriente de base adicional para garantizar que el BJT esté completamente saturado.

Esto supone un caso simple: un BJT pequeño en modo de emisor común que cambia pequeño (digamos <2 A) carga una frecuencia baja (digamos <50 kHz) con una fuente de corriente base capaz. De lo contrario, hay que considerar otras condiciones analógicas, como si saturar el BJT proporcionará un buen rendimiento de conmutación o si un MOSFET / etc. debería usarse en su lugar. (Sin embargo, eso está más allá del alcance de esta respuesta).

Sé que esta es una vieja pregunta, pero mucha gente todavía la está viendo.

$i_C/i_B$

$h_{fe}$

$V_{BE}$

$V_{CEsat}$

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

Una beta de 0.1 rara vez sería útil o aceptable, pero en este caso lo fue.

$R_{DSon}$

Hay dos formas de poner el transistor en modo de saturación:

1) Uso de la resistencia Rc: podemos calcular la corriente máxima (Ic) suponiendo que Vce = 0. Ic (max) = Vcc / Rc

puede encontrar la corriente base correspondiente (Ib) = Ic / (beta).

El transistor estará en saturación si aplica una corriente base mayor que la corriente base calculada arriba

2) Al usar la corriente de saturación nominal (Hoja de datos): puede aplicar una corriente de base que tiende a producir una corriente de colector mayor que la indicada en la hoja de datos

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

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

$I_{C}$

Tenga cuidado para que esta ganancia sea la que desea.

El NPN BJT ingresará al modo de saturación cuando Vcb estará por debajo de algún valor. Sedra y Smith usan un valor de 0.4V, pero esto dependerá del dispositivo.

Aunque no tengo idea de por qué quieres usar BJT como interruptor. MOSFETS son más adecuados para esta tarea.