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¿Cómo se satura un transistor NPN?

Tengo entendido que en "modo de saturación", un BJT funciona como un simple interruptor. He utilizado esto antes de conducir LEDs, pero no estoy seguro de entender claramente cómo conseguí el transistor en ese estado.

¿Se satura un BJT al elevar Vbe por encima de un determinado umbral? Lo dudo, porque los BJT, según tengo entendido, son controlados por corriente, no por tensión.

¿Se satura un BJT al permitir que Ib supere un determinado umbral? Si es así, ¿este umbral depende de la "carga" que se conecte al colector? ¿Se satura un transistor simplemente porque Ib es lo suficientemente alto como para que la beta del transistor deje de ser el factor limitante de Ic?

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rams Puntos 1085

Un transistor entra en saturación cuando las uniones base-emisor y base-colector están polarizadas hacia delante, básicamente. Por lo tanto, si la tensión del colector cae por debajo de la tensión de la base y la tensión del emisor es inferior a la de la base, el transistor está en saturación.

Considere este circuito de amplificador de emisor común. Si la corriente de colector es lo suficientemente alta, entonces la caída de tensión a través de la resistencia será lo suficientemente grande como para bajar la tensión de colector por debajo de la tensión de base. Pero ten en cuenta que el voltaje de colector no puede ser demasiado bajo, porque la unión base-colector será entonces como un diodo polarizado hacia delante. Por lo tanto, tendrás una caída de voltaje a través de la unión base-colector pero no será la habitual de 0,7V, será más bien de 0,4V.

Common Emitter Amplifier

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

Un comentario adicional sobre su declaración

¿Se satura un BJT por elevando Vbe por encima de un determinado umbral? Lo dudo, porque los BJTs, según entiendo entiendo, son controlados por corriente, no controlados por la tensión.

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

$$I_c = \beta I_b$$

$$I_c = \alpha I_e$$

$$I_e = I_b + I_c$$

etc. Viéndolo así, se podría decir que la corriente de colector está controlada por la base actual .

Otra forma de verlo sería describir la relación entre la tensión base-emisor y la corriente de colector, que es

$$I_c = I_s e^{\frac{V_{be}} {V_T}}$$

Viéndolo así, la corriente de colector está controlada por la base tensión .

Esto es definitivamente confuso. A mí me confundió durante mucho tiempo. La verdad es que no se puede separar la tensión base-emisor de la corriente base, porque están interrelacionadas. Así que ambos puntos de vista son correctos. Cuando se trata de entender un circuito o una configuración de transistor en particular, creo que lo mejor es elegir el modelo que sea más fácil de analizar.

Editar:

¿Se satura un BJT por permitiendo que Ib supere un determinado umbral? Si es así, ¿este umbral depende de la "carga" que se conecta al colector? ¿Se satura un transistor saturado simplemente porque Ib es lo suficientemente lo suficientemente alto como para que la beta del transistor ya no es el factor limitante de Ic?

La parte en negrita es básicamente correcta. Pero la \$I_b\$ El umbral no es intrínseco a un transistor en particular. Dependerá no sólo del propio transistor sino de la configuración: \$V_{CC}\$ , \$R_C\$ , \$R_E\$ etc.

16voto

SQLMenace Puntos 68670

Llevar suficiente corriente a la base para que la unión base-colector se polarice hacia delante. La cantidad de corriente dependerá del tipo de transistor. La "saturación" tiene que ver con la cantidad de portadores de carga en la región de la base que pueden llegar a la región del colector. Algunos vendrán del terminal de la base, pero muchos más llegarán a la región de la base desde la región del emisor. Más allá de una cierta cantidad de corriente de base, simplemente no habrá un aumento de los portadores de carga disponibles que pueden cruzar la unión B-C.

10voto

blauwblaatje Puntos 674

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

\$I_c = HFE * I_b\$ .

Por lo tanto, todo lo que tenemos que hacer es limitar la Ic para que no alcance este valor.

Desde \$I_b\$ está determinada por el valor de la resistencia conectada a la base y la tensión de conducción en su otro extremo, es fácil forzar \$I_b\$ a cualquier valor. Cuando \$I_b\$ se determina calculando el \$I_c\$ y establecer el \$R_c\$ reducirlo (digamos en 5-8) para entrar en la zona de saturación y evitar que siga la relación lineal.

Por ejemplo: \$R_b\$ se conecta a 5V y \$R_c\$ (sólo para hacerlo interesante) a 12V. Supongamos que HFE = 50. Si ponemos \$R_b=5K\$ entonces

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

Esto implica que el \$I_c\$ será \$1mA * 50 = 50mA\$ . Ahora bien, si establecemos el \$R_c\$ para ser alrededor de 2K esto limitará \$I_c\$ a menos de 6mA, un valor casi 10 veces menor que el rango lineal y el transistor se saturará.

Si se utiliza el transistor como conmutador, se recomienda añadir una resistencia adicional (10K) entre la base y la tierra (para la conmutación rápida y la prevención de fugas, siempre que el BJT sea del tipo NPN)

5voto

TonyM Puntos 41

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

El método con el que diseño para asegurar que un BJT de conmutación en modo emisor común se lleva a saturación cuando conduce es...

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

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

El 5 x es un "factor de manipulación" personal, que permite una corriente de base adicional para garantizar que el BJT entre completamente en saturación.

Esto supone un caso sencillo: un pequeño BJT en modo emisor común que conmuta poco (digamos <2 A) carga una frecuencia baja (digamos <50 kHz) con una fuente de corriente de base capaz. De lo contrario, hay que tener en cuenta otras condiciones analógicas, como si la saturación del BJT dará un buen rendimiento de conmutación o si se debe utilizar un MOSFET/etc. en su lugar. (Pero eso está fuera del alcance de esta respuesta).

1voto

Bryan Puntos 6342

Sé que esta es una pregunta antigua, pero mucha gente la sigue viendo.

Otra forma de saber si el transistor está en saturación es observar la relación de \$i_C/i_B\$ . Este parámetro se llama "beta forzada". La beta forzada puede pensarse como el valor de la beta requerido para el estado actual del transistor.

Si encuentra que el valor de la beta forzada es menor que el valor de beta ( \$h_{fe}\$ ), entonces sabes que estás en saturación, porque en la región activa estarías utilizando el valor "completo" de la beta.

Este modo es útil cuando no se conoce el valor de \$V_{BE}\$ .

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