三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断

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三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断 [复制链接]

三极管饱和问题总结：


1.在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和；倍数越大，饱和程度就越深。


2.集电极电阻 越大越容易饱和；


3.饱和区的现象就是：二个PN结均正偏，IC不受IB之控制


问题：基极电流达到多少时三极管饱和？


解答：这个值应该是不固定的，它和集电极负载、β值有关，估算是这样的：假定负载电阻是1K，VCC是5V，饱和时电阻通过电流最大也就是5mA，用除以该管子的β值（假定β=100）5/100=0.05mA=50μA，那么基极电流大于50μA就可以饱和。


对于9013、9012而言，饱和时Vce小于0.6V，Vbe小于1.2V。下面是9013的特性表：






问题：如何判断饱和？


判断饱和时应该求出基级最大饱和电流IBS，然后再根据实际的电路求出当前的基级电流，如果当前的基级电流大于基级最大饱和电流，则可判断电路此时处于饱和状态。


饱和的条件： 1.集电极和电源之间有电阻存在  且越大就越容易管子饱和；2.基集电流比较大以使集电极的电阻把集电极的电源拉得很低，从而出现b较c电压高的情况。            


影响饱和的因素：1.集电极电阻 越大越容易饱和；2.管子的放大倍数  放大倍数越大越容易饱和；3.基集电流的大小；


饱和后的现象：1.基极的电压大于集电极的电压；2.集电极的电压为0.3左右，基极为0.7左右（假设e极接地）


谈论饱和不能不提负载电阻。假定晶体管集-射极电路的负载电阻（包括集电极与射极电路中的总电阻）为R，则集-射极电压Vce=VCC-Ib*hFE*R，随着Ib的增大，Vce减小，当Vce<0.6V时，B-C结即进入正偏，Ice已经很难继续增大，就可以认为已经进入饱和状态了。当然Ib如果继续增大，会使Vce再减小一些，例如降至0.3V甚至更低，就是深度饱和了。以上是对NPN型硅管而言。


另外一个应该注意的问题就是：在Ic增大的时候，hFE会减小，所以我们应该让三极管进入深度饱和Ib>>Ic(max)/hFE，Ic(max)是指在假定e、c极短路的情况下的Ic极限，当然这是以牺牲关断速度为代价的。


注意：饱和时Vb>Vc，但Vb>Vc不一定饱和。一般判断饱和的直接依据还是放大倍数，有的管子Vb>Vc时还能保持相当高的放大倍数。例如：有的管子将Ic/Ib<10定义为饱和，Ic/Ib<1应该属于深饱和了。


从晶体管特性曲线看饱和问题：我前面说过：谈论饱和不能不提负载电阻。现在再作详细一点的解释。


以某晶体管的输出特性曲线为例。由于原来的Vce仅画到2.0V为止，为了说明方便，我向右延伸到了4.0V。


如果电源电压为V，负载电阻为R，那么Vce与Ic受以下关系式的约束：Ic = (V-Vce)/R


在晶体管的输出特性曲线图上，上述关系式是一条斜线，斜率是 -1/R，X轴上的截距是电源电压V，Y轴上的截距是V/R（也就是前面NE5532第2帖说的“Ic(max)是指在假定e、c极短路的情况下的Ic极限”）。这条斜线称为“静态负载线”（以下简称负载线）。各个基极电流Ib值的曲线与负载线的交点就是该晶体管在不同基极电流下的工作点。见下图：

图中假定电源电压为4V，绿色的斜线是负载电阻为80欧姆的负载线，V/R=50MA，图中标出了Ib分别等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作点A、B、C、D、E、F。据此在右侧作出了Ic与Ib的关系曲线。根据这个曲线，就比较清楚地看出“饱和”的含义了。曲线的绿色段是线性放大区，Ic随Ib的增大几乎成线性地快速上升，可以看出β值约为200。兰色段开始变弯曲，斜率逐渐变小。红色段就几乎变成水平了，这就是“饱和”。实际上，饱和是一个渐变的过程，兰色段也可以认为是初始进入饱和的区段。在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。在图中就是假想绿色段继续向上延伸，与Ic=50MA的水平线相交，交点对应的Ib值就是临界饱和的Ib值。图中可见该值约为0.25mA。


由图可见，根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和；倍数越大，饱和程度就越深。


图中还画出了负载电阻为200欧姆时的负载线。可以看出，对应于Ib=0.1mA，负载电阻为80欧姆时，晶体管是处于线性放大区，而负载电阻200欧姆时，已经接近进入饱和区了。负载电阻由大到小变化，负载线以Vce=4.0为圆心呈扇状向上展开。负载电阻越小，进入饱和状态所需要的Ib值就越大，饱和状态下的C-E压降也越大。在负载电阻特别小的电路，例如高频谐振放大器，集电极负载是电感线圈，直流电阻接近0，负载线几乎成90度向上伸展（如图中的红色负载线）。这样的电路中，晶体管直到烧毁了也进入不了饱和状态。以上所说的“负载线”，都是指直流静态负载线；“饱和”都是指直流静态饱和。


用三极管需要考虑的问题：


1）耐压够不够


2）负载电流够不够大


3）速度够不够快（有时却是要慢速）


4）B极控制电流够不够


5）有时可能考虑功率问题


6）有时要考虑漏电流问题（能否“完全”截止）。


7）一般都不怎么考虑增益（我的应用还没有对此参数要求很高）


实际使用时，晶体管注意四个要素就行：-0.1~-0.3V振荡电路， 0.65-0.7V放大电路，0.8V以上为开关电路，β值中放、高放为30-40，低放60-80，开关100-120以上就行，不必研究其它的，研究它的共价键、电子、空穴没用


Vce=VCC（电源电压）-Vc（集电极电压）=VCC-Ic（集电极电流）Rc（集电极电阻）。
可以看出，这是一条斜率为-Rc的直线，称为“负载线”。当Ic=0时，Vce=Vcc。当Vce=0时（实际上正常工作时Vce不可能等于0，这是它的特性决定的），Ic=Vcc/Rc。也就是说，Ic不可能大于这个数值。对应的基极电流Ib=Ic/β=Vcc/βRc，这就是饱和基极电流的计算公式。
饱和分临界饱和和过度饱和两种状态。当Ib=Vcc/βRc时，三极管基本处于临界饱和状态。
当基极电流大于此值的两倍，三极管就基本进入深度饱和状态。三极管深度饱和和临界饱和的Vce差很大。临界饱和压降大，但退出饱和容易；深度饱和压降小但不容易退出饱和。所以，不同用途选择的基极电流是不一样的。
还有，饱和压降和集电极电流有直接关系。集电极电阻越小，饱和集电极电流就越大，饱和压降越大。反之也相反（集电极电阻越大，饱和集电极电流就越小，饱和压降越小）。如果集电极电流5毫安时三极管饱和，9013、9012之类的饱和压降一般不超过0.6伏。基极电流超过两倍Vcc/βRc时，一般饱和压降就小到0.3V左右了。