三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断!

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。
转:这是我当年教电子技术时的一点心得,谈到三极管,初学的人很难理解,为了讲通讲透彻,我给学生做了一个形象的比喻:三极管就是一个资本家(全课堂哄然),比如一个生产手机的资本家,生产一部手机,原材料100元,售价400元,利润率400%,相对于三极管的放大倍数就是4,原来一天生产100部,利润好几万,资本家觉得这生意不错,想扩大利润,提高产能,改成一天生产200部,也就是三极管的输入电流增加了,这时资本家发现了,利润成倍上涨,好啊!随即改成一天生产300部,后来改成一天生产400部、500部……直到1000部,但是资本家很快发现,当产能超过800部时,利润就不再成比例上升了,而是缓慢上升,超过1000部,利润根本就不上升,维持原样,这是因为产量太大,市场饱和,售价下降等等,这时三极管就进入了饱和状态,输入电流再怎么增加,输出电流也不会增加。由于经济危机,产品销售不出去,资本家只好停产,每天一部也不生产,这时就相当于三极管进入截止状态,但是工厂总要维持,于是,就每天卖点原材料、废旧设备、废材料,或者组织工人打扫卫生,清理仓库和车间,卖点破烂,好歹每天能有点收益,这点收益就是三极管截止状态的漏电流。也就是说,输入端没有一点电流,输出端还是有些微电流的。从这个过程,我们可以发现,其实资本家只是放大了利润,原材料变成了成品,这中间要消耗大量的人力、脑力和电力。三极管与此类同,三极管电流放大其实放大的是三极管输入端的信号,输出的是放大之后的信号,中间要消耗大量的电能,这些电能必须是直流电,例如电池或者整流后的交流电。跟资本家维持工厂运转一样,人力、脑力和电力要基本维持稳定,不能天天乱变。当然对于功率放大三极管,道理基本一样,不过放大的是信号的电流和电压,当然,投入的人力、脑力和电力仍旧是必不可少的。三个级,基极是采购,集电极是加工车间,发射极是销售。

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