Wie funktionieren BJT-Transistoren im gesättigten Zustand?

Sättigung bedeutet einfach, dass eine Erhöhung des Basisstroms zu keiner (oder sehr geringen) Erhöhung des Kollektorstroms führt.

Sättigung tritt auf, wenn sowohl der BE- als auch der CB-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, dies ist der niederohmige "Ein"-Zustand des Geräts. Die Eigenschaften des Transistors in allen Modi, einschließlich der Sättigung, können aus dem Ebers-Moll-Modell vorhergesagt werden.

Dein$I_{CE}$=$I_{BE} \times h_{FE}$ist nicht ganz richtig. Diese Gleichung zeigt, wie hoch der Kollektorstrom sein könnte , wenn eine ausreichende Kollektorspannung gegeben wäre. Sättigung tritt auf, wenn Sie ihm nicht genug Spannung geben. Daher in Sättigung$I_{CE} \lt I_{BE} \times h_{FE}$. Oder Sie könnten es umgekehrt betrachten, dh Sie liefern mehr Basisstrom als nötig, um den gesamten Kollektorstrom zu bewältigen, den die Schaltung liefern kann. Mathematisch ausgedrückt, das heißt$I_{BE} \gt I_{CE} \mathbin{/} h_{FE}$.

Da der Kollektor eines NPN wie eine Stromsenke wirkt und der externe Stromkreis ihm bei Sättigung nicht so viel Strom gibt, wie er durchlassen könnte, wird die Kollektorspannung so niedrig wie möglich. Ein gesättigter Transistor hat typischerweise etwa 200 mV CE, aber das kann auch stark durch das Design des Transistors und den Strom variieren.

Ein Artefakt der Sättigung besteht darin, dass der Transistor langsam abschaltet. Es gibt zusätzliche "unbenutzte" Ladungen in der Basis, die eine Weile brauchen, um sich zu entleeren. Das ist nicht sehr wissenschaftlich und hat die Halbleiterphysik nur grob beschrieben, aber es ist ein Modell, das gut genug ist, um es als Erklärung erster Ordnung im Gedächtnis zu behalten.

Eine interessante Sache ist, dass der Kollektor eines gesättigten Transistors tatsächlich unter der Basisspannung liegt. Dies wird in der Schottky-Logik vorteilhaft genutzt. Von der Basis zum Kollektor ist eine Schottky-Diode in den Transistor integriert. Wenn der Kollektor niedrig wird, wenn er fast in Sättigung ist, stiehlt er Basisstrom, wodurch der Transistor gerade am Rand der Sättigung bleibt. Die Durchlassspannung wird etwas höher sein, da der Transistor nicht vollständig gesättigt ist. Der Vorteil ist, dass es den Aus-Übergang schneller macht, da sich der Transistor im "linearen" Bereich statt in Sättigung befindet.

1. Wenn es gesättigt ist, ist der Kollektorstrom nicht$h_{FE}$mal den Basisstrom mehr. Es ist weniger, wie viel, es hängt vom Rest der Schaltung ab (ich spreche von dem einfachsten Modell, das Sie sich vorstellen können). Bei Sättigung ist die$V_{CE}$Die Spannung kann als mehr oder weniger konstant angesehen werden und Sie können sie nennen$V_{CEsat}$, sagen wir mal rund$0.2\mathrm V$. TIhr BJT ist gesättigt, wenn sowohl seine BE- als auch seine BC-Übergänge aktiv sind. Das begrenzt die$I_C$Strom auf weniger als$I_B h_{FE}$und steckt die fest$V_{CE}$Spannungsabfall zu$V_{CEsat}$.

2. Warum interessiert es Sie, Ihren BJT im offenen Zustand zu haben, wenn kein Strom durch ihn fließt? Es ist, als ob Sie Ihren Wasserhahn ohne Wasser in der Leitung hätten :D

Der verbundene Emitterwiderstand bedeutet, dass der Transistor in die Sättigung geht, aber der Basiswiderstand und der Kollektorwiderstand bleiben gleich. Wenn Sie eine Schaltung zeichnen und den Basisstrom berechnen, werden Sie ein gutes Ergebnis erzielen.