NPN 트랜지스터를 포화 시키려면 어떻게합니까?

45

"포화 모드"에서 BJT는 간단한 스위치로 작동한다는 것을 알고 있습니다. 나는 LED를 구동하기 전에 이것을 사용했지만 트랜지스터를 어떻게 그 상태에 넣었는지 명확하게 이해할 수 없다.

VJ를 특정 임계 값 이상으로 올리면 BJT가 포화 상태가됩니까? BJT가 이해하는 것처럼 전압 제어가 아니라 전류 제어이기 때문에 이것이 의심됩니다.

Ib가 특정 임계 값을 초과하게하여 BJT가 포화 상태가됩니까? 그렇다면이 임계 값이 콜렉터에 연결된 "로드"에 의존합니까? 트랜지스터의 베타가 더 이상 Ic의 제한 요소가되지 않을 정도로 Ib가 높기 때문에 트랜지스터가 단순히 포화 상태입니까?

transistors bjt saturation

— 표
소스

의 중복 가능성 BJT 트랜지스터가 포화 상태에서 작동합니까?

— 레온 헬러

그 질문은 "포화되었을 때 어떻게 작동합니까?", 내 질문은 "포화를 어떻게 얻습니까?"입니다.

— Mark

거기에 답이 있습니다.

— 레온 헬러

1

트랜지스터의 Ebers-Moll 모델에 의해 설명됩니다 : ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter5/ch5_3.htm

— Leon Heller

8

정말 도움이되지 않습니다. 트랜지스터 이론의 전문가가 될 수는 있지만 여기서 물어볼 필요는 없습니다.

— Mark

12

베이스 콜렉터 접점이 순방향 바이어스되도록베이스에 충분한 전류를 공급하십시오. 얼마나 많은 전류가 트랜지스터의 유형에 달려 있습니다. '포화'는베이스 영역에서 얼마나 많은 전하 캐리어가 콜렉터 영역으로 만들 수 있는지와 관련이 있습니다. 일부는 기본 터미널에서 나오지만 더 많은 것은 이미 터 영역에서 기본 영역으로 들어옵니다. 일정량의베이스 전류를 넘어 서면 BC 접점을 통과 할 수있는 가용 전하 캐리어가 증가하지는 않습니다.

— JustJeff
소스

1

포화는 BJT의 속도 제한 요소이기 때문에 : 순방향 바이어스는 턴 오프 시간에 부정적인 영향을 줄 정도로 충분히 가까우십니까 아니면이 문제를 해결하기 위해 $ V_ \ rm {CEsat} $에 접근해야합니까?

— jpc

66

기본적으로베이스 이미 터와베이스 콜렉터 접합이 모두 순방향 바이어스되면 트랜지스터가 포화 상태가됩니다. 따라서 컬렉터 전압이 기본 전압 아래로 떨어지고 이미 터 전압이 기본 전압 아래에 있으면 트랜지스터가 포화 상태입니다.

이 공통 이미 터 증폭기 회로를 고려하십시오. 콜렉터 전류가 충분히 높으면 저항 양단의 전압 강하가 콜렉터 전압을 기본 전압 아래로 낮추기에 충분할 것입니다. 그러나베이스 컬렉터 접합은 순방향 바이어스 다이오드와 같기 때문에 컬렉터 전압은 너무 낮아질 수 없습니다! 따라서베이스 콜렉터 접합부에서 전압 강하가 발생하지만 일반적인 0.7V는 아니며 0.4V와 비슷합니다.

공통 이미 터 증폭기

채도에서 어떻게 꺼내나요? 트랜지스터에 대한 기본 드라이브의 양을 줄이거 나 (전압 또는 전류 ) 콜렉터 전류를 줄임으로써 콜렉터 저항 양단의 전압 강하도 줄어 듭니다. 이것은 컬렉터에서의 전압을 증가시키고 트랜지스터를 포화 상태에서 벗어나게한다. "익스트림"의 경우 트랜지스터를 끌 때 수행됩니다. 기본 드라이브가 완전히 제거되었습니다. 는 0이고 입니다. 따라서 도 0이며 컬렉터 저항은 풀업과 같으므로 컬렉터 전압을 까지 끌어 올립니다 . $V_{be}$ $I_b$ $V_{be}$ $I_b$ $I_c$ $V_{CC}$

진술에 대한 후속 의견

VJ를 특정 임계 값 이상으로 올리면 BJT가 포화 상태가됩니까? BJT가 이해하는 것처럼 전압 제어가 아니라 전류 제어이기 때문에 이것이 의심됩니다.

트랜지스터 작동을 설명하는 여러 가지 방법이 있습니다. 하나는 다른 터미널에서 전류 사이의 관계를 설명하는 것입니다.

I_{c} = β I_{b}

$I_c = \beta I_b$

I_{c} = α I_{e}

$I_c = \alpha I_e$

I_{e} = I_{b} + I_{c}

$I_e = I_b + I_c$

이런 식으로 보면 콜렉터 전류가 기본 전류에 의해 제어된다고 말할 수 있습니다.

그것을 보는 또 다른 방법은베이스 이미 터 전압과 컬렉터 전류 사이의 관계를 설명하는 것입니다.

I_{c} = I_{s} e^{\frac{V_{b e}}{V_{T}}}

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

이 방법으로 볼 때 콜렉터 전류는 기본 전압에 의해 제어됩니다 .

이것은 혼란 스럽습니다. 그것은 오랫동안 저를 혼란스럽게했습니다. 진실은베이스 이미 터 전압을베이스 전류와 실제로 분리 할 수 없다는 것입니다. 따라서 두 가지 견해가 모두 맞습니다. 특정 회로 또는 트랜지스터 구성을 이해하려고 할 때 일반적으로 분석하기 가장 쉬운 모델을 선택하는 것이 가장 좋습니다.

편집하다:

Ib가 특정 임계 값을 초과하게하여 BJT가 포화 상태가됩니까? 그렇다면이 임계 값이 콜렉터에 연결된 "로드"에 의존합니까? 트랜지스터의 베타가 더 이상 Ic의 제한 요소가되지 않을 정도로 Ib가 높기 때문에 트랜지스터가 단순히 포화 상태입니까?

대담한 부분은 기본적으로 정확합니다. 그러나 임계 값은 특정 트랜지스터에 고유하지 않습니다. 트랜지스터 자체뿐만 아니라 , , 등 의 구성에 따라 달라집니다 . $I_b$ $V_{CC}$ $R_C$ $R_E$

— 아담 P
소스

1

절대적으로 훌륭하게 작성되었습니다. 대단히 감사합니다.

— Mark

다시 한 번 살펴보십시오.베이스 전류 / 전압을 높이면 Vce가 더 이상 감소하지 않는 최소 Vce 전압 (일반적으로 데이터 시트에 제공됨)이 있습니다. 달성 할베이스 전류 / 전압은 부하 조건에 따라 다릅니다.

— mazurnification

3

이 질문에 대한 완벽한 답변. 관련 : BC- 다이오드와 병렬 인 쇼트 키 다이오드를 사용하면 컬렉터의 전압이베이스에서 0.4V를 초과하지는 않지만 약 0.1V 미만으로 다이빙합니다. 베이스에서 0.3V 아래 인 쇼트 키 다이오드의 순방향 전압입니다. 따라서, 다이오드는 트랜지스터 형태가 심하게 포화 상태를 유지하게하며 턴 오프 이벤트가 훨씬 더 빨리 발생하게된다. 이것이 왜이 답변에 설명 된대로 작동하는지 이론입니다 : electronics.stackexchange.com/questions/15056/…

— zebonaut

따라서 포화에서 전류는 외부 콜렉터 저항에 의해 제한되며 포화 아래에서 전류는 트랜지스터의 이득과 기본 전류의 곱에 의해 제한됩니다.

— endolith

1

인용 : "그래서 두보기가 정확합니다." 물리적으로 말하면 단 하나의 견해 만 정확하기 때문에 동의 할 수 없습니다. BJT는 전압 제어됩니다! resp를 일으키는 것은 문제가되지 않습니다. 이 성명을 확인하십시오 (충전 된 반송파 물리학에 깊이 들어 가지 않음)

— LvW

7

BJT 트랜지스터는 Ic가 다음의 선형 관계를 따르지 않는 순간 포화됩니다.

$I_c = HFE * I_b$ .

따라서 Ic가이 값에 도달하지 못하도록 제한하기 만하면됩니다.

이후 베이스와 다른 단부에 상기 구동 전압에 연결된 저항 값에 의해 결정되고, 이는 강제 용이 임의의 값. 경우 결정된 계산은 이론적 및 설정 포화 영역에 입력하기 위해 (5-8 말한다)를 감소시키고이를 방지하는 선형 관계에 따라. $I_b$ $I_b$ $I_b$ $I_c$ $R_c$

예를 들어 : 는 5V에 연결되고 (관심을 끌기 위해)는 12V에 연결됩니다. HFE = 50이라고 를 설정하면 $R_b$ $R_c$ $R_b=5K$

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

이는 가 임을 의미합니다 . 우리는 이제 설정하면 제한 할 2K 이에 대해 될 6mA 거의 10 배 이하의 범위 및 선형 트랜지스터보다 값이 포화되도록 이하. $I_c$ $1mA * 50 = 50mA$ $R_c$ $I_c$

트랜지스터를 스위치로 사용하는 경우베이스와 접지 사이에 추가 저항 (10K)을 추가하는 것이 좋습니다 (BJT가 NPN 유형 인 경우 빠른 스위칭 및 누수 방지를 위해)

— 후퍼 M
소스

2

채도는 입력이 증가해도 출력이 증가하지 않는 경우입니다. BJT에서는 출력이 최대 전류 전도에 도달했기 때문입니다.

내가 수행 할 때 공통 이미 터 모드에서 스위칭 BJT가 포화 상태가되도록 설계하는 방법은 ...

BJT의 데이터 시트에서 Ic (max) 및 hFE (min)를 찾으십시오.

필요한 기본 전류 Ib를 5 x Ic (max) / hFE (min)로 계산

5 x는 개인용 '퍼지 팩터'로, BJT가 완전히 포화되도록 추가베이스 전류를 허용합니다.

이것은 간단한 경우를 가정합니다. 공통 이미 터 모드에서 작은 BJT (작은 <2A)는 가능한베이스 전류원으로 저주파 (<50kHz)를로드합니다. 그렇지 않으면 BJT를 포화시키는 것이 좋은 스위칭 성능을 제공하는지 또는 MOSFET / 등과 같은 추가적인 아날로그 조건이 고려되어야합니다. 대신 사용해야합니다. (그러나 이것은이 답변의 범위를 벗어납니다.)

— TonyM
소스

최대가 아닌 hFE (min)을 의미합니까?

— Kevin White

@KevinWhite, 그렇습니다. 그렇습니다. 그렇습니다 .- 수정했습니다. 대단히 감사합니다. 메리 크리스마스 :-)

— TonyM

1

나는 이것이 오래된 질문이라는 것을 알고 있지만 많은 사람들이 여전히 그것을보고 있습니다.

트랜지스터가 포화 상태인지 확인하는 또 다른 방법은 의 비율을 입니다. 이 매개 변수를 "강제 베타"라고합니다. 강제 베타는 트랜지스터의 현재 상태에 필요한 베타 값으로 생각할 수 있습니다. $i_C/i_B$

강제 베타 값이 베타 값 ( ) 보다 낮 으면 활성 영역에서 베타의 "전체"값을 사용하므로 포화 상태임을 알 수 있습니다. $h_{fe}$

이 방법은 값을 모르는 경우에 유용합니다 . $V_{BE}$

— w1res
소스

이 모든 것에서 Vbe (포화)를 사용하는 것은 무엇입니까? 그래도 Vce (포화)의 사용을 이해한다고 생각합니다.

— quantum231

1

"실제 세계"채도는 잘 정의 된 단일 상태가 아니라는 점에 주목할 가치가 있습니다. 증가하는 기본 전류 를 적용 하면 주어진 콜렉터 전류에 대해 계속 감소합니다. $V_{CEsat}$

"오래 전에"나는 분압기를 전환하기 위해 양극성 트랜지스터를 사용했다. 트랜지스터의 포화 전압은 분배기의 출력 전압에 영향을 미쳤다. 나는 고 이득 트랜지스터 (아마도 ~ = 400 의 를 갖는 BC 817-40 )와 컬렉터 전류 의 약 10 배인 베이스 전류 드라이브, 즉 0.1의 "강제 베타"를 사용했다. 이는 일반적으로 낮은 에서 보이는 10mV의 mV에 비해 를 몇 mV로 줄였습니다 . $\beta$ $V_{CEsat}$ $I_{C}$

베타 0.1은 유용하거나 용인 할 수 없지만,이 경우에는 그렇지 않았습니다.

요즘에는 스위치에 적합한 낮은 MOSFET을 사용합니다. $R_{DSon}$

— 러셀 맥 마혼
소스

1

포화 모드에서 트랜지스터를 가져 오는 두 가지 방법이 있습니다.

1) Rc 저항 사용 : Vce = 0이라고 가정하여 최대 전류 (Ic)를 계산할 수 있습니다. Ic (max) = Vcc / Rc

해당 기본 전류 (Ib) = Ic / (베타)를 찾을 수 있습니다.

계산 된베이스 전류보다 큰베이스 전류를 적용하면 트랜지스터가 포화 상태가됩니다.

2) 정격 포화 전류 (데이터 시트)를 사용하여 : 더 큰 콜렉터 전류를 생성하는 경향이있는베이스 전류를 데이터 시트에 적용 할 수 있습니다.

— 산토스
소스

0

트랜지스터의 포화도 데이터 시트에 따라 다릅니다. 및 포함 하는 비선형 있는 그래프를 찾아 계산에 해당 를 사용해야합니다 . $h_{FE}$ $V_{BEsat}$ $V_{CEsat}$ $\beta$

이제 베이스 전류 와 필요한베이스 저항을 쉽게 계산할 수 있습니다. $I_{C} \over h_{FE}$

R_{B} = \frac{(V_{B} - V_{B E})}{I_{B}}

$R_{B} = { (V_{B} - V_{BE}) \over I_{B} }$

DC 게인에 대한 의 영향을 보여주는 다른 그래프를 찾으십시오 . $I_{C}$

이 게인이 원하는 게되도록주의하십시오.

— 다니엘 토크
소스

-4

Vcb가 특정 값 미만이되면 NPN BJT가 포화 모드로 들어갑니다. Sedra & Smith는 0.4V의 값을 사용하지만 장치에 따라 다릅니다.

BJT를 스위치로 사용해야하는 이유를 모르겠습니다. MOSFET은이 작업에 더 적합합니다.

— 우두 슈
소스

3

BJT가 있고 MOSFET이 없기 때문입니다. 또한 MOSFET을 이해하는 것보다 BJT를 더 잘 이해합니다.

— Mark

4

콜렉터보다베이스에 전류 게인을 전류 게인으로 나눈 값이 없다면 아닙니다. 그리고 MOSFET이 항상 더 좋은 것은 아니다

— Martin