Очень часто простые вопросы меня ставят в тупик.
Вот вопрос:
Может ли транзистор в схеме простейшего каскада с ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ в виде эмиттерного повторителя оказаться в режиме НАСЫЩЕНИЯ????
Если ДА, то как его завести в такой режим?
Если НЕТ, то почему НЕТ?

Может. Когда потенциал на базе становится больше потенциала коллектора. Такое может происходить, но обычно в нестандартных схемах. Я такую фичу как-то делал для ключевого каскада, который одновременно являлся усилителем тока и входил в глубокое насыщение когда на его выходе было +Vcc, но при этом в схеме должна быть напруга ещё выше +Vcc.
В другом случае не нужна напруга выше +Vcc, можно ёмкостью/электролитом временно (для переменного тока/напряжения) ввести ОК в насыщение, когда ёмкость подключена к базе ОК.

GetSmart
Спасибо за ответ.
Вот только сочетание "ключевого каскада" с эмиттерным повторителем несколько не в тему.
То, что можно завести схему в состояние когда оба перехода транзистора будут смещены прямо - это понятно, НО достаточно ли этого чтобы сказать "транзистор эмиттерного повторителя оказался в режиме насыщения".
Мне кажется, если увеличивать ток в базу, подавая на вход напряжение скажем через ограничивающий резистор от источника с напряжением больше питания повторителя, то ток коллектора начнет УМЕНЬШАТЬСЯ и это меня смущает. Или я не прав про ток коллектора?

Добавил:
Если разрешите, давайте пока БЕЗ ЭЛЕКТРОЛИТОВ!

Ключевой каскад как раз с резистором в базе. Когда нагрузка слабая или её нет, то ессно оба перехода будут прямосмещёнными. Но фича в том, что гарантируется, что эмиттер не поднимется выше коллектора, т.к. лишний ток базы уйдёт в +Vcc. А когда на выходе есть нагрузка и её ток выше тока (например на порядок, но вообще от 1 до h21э раза выше), создаваемого базовым резистором, то коллектор будет обратносмещён и при этом ток будет усилен как и полагается эмиттерному усилителю. При этом транзистор при (правильном расчёте) может быть в глубоком насыщении, в зависимости от транзистора и нагрузки это может быть 0.1 вольт и даже меньше.

запросто
соберите МАКЕТ и проверьте.
Повышая постепенно напряжение на базе, будем видеть работу повторителя в привычном режиме.
Как только напряжение на базе начнет превышать коллекторное (хоть на десятки милливольт), начнется рост тока базы, а напряжение коллектор-эмиттер будет быстро падать.
В конце, все потечет в базу, а потенциал коллектор-эмиттер будет даже не то, что мы называем насыщением, это будет аналоговый ключ с падением в 20-40милливольт. Может и меньше.
Раньше, до полевиков, аналоговые ключи так и делали.
Мощность управления, правда, нужна в бета раз больше, чем мощность коммутируемого сигнала.

Уважаемый Microwatt,
с миливольтами намудрииил.
Меньше чем прописано в даташите напр. насыщения быть не может.

Про ток коллектора правы. Но есть одна мелочь - состояние насыщения у транзистора определяется не током коллектора, а состоянием его переходов. И то, что ток коллектора будет падать, никак не мешает транзистору насытиться. Более того, даже помогает.


Может, еще как может. При указанном в даташите токе - да. А при меньших токах - легко. Посчитайте например, если напряжение насыщения по даташиту при Iк = 1А будет 0.1 вольт, то сколько будет оно при Iк=1мка.

Кстати, выражение "ток коллектора будет падать" не совсем точное выражение. Будет падать коэфф. усиления тока, то есть при входе в режим насыщения ток коллектора будет даже немного увеличиваться при резистивной нагрузке, а вот ток базы начнёт значительно увеличиваться. Но ситуация абсолютно аналогичная насыщению с ОЭ например. Там тоже при входе транзистора в насыщение ток базы увеличивается. Хотя в реальных схемах ток базы ессно не увеличивается, его всегда просчитывают с запасом для наихудшего случая. Короче, насыщение и свойства транзистора в режиме насыщения для ОК и ОЭ очень похожи.

В эмиттерном повторителе (в нормальном реж.) не ток коллектора определяется
током базы, а ток базы зависит от тока эмиттера

При h21э=100 ошибка в 1% не принципиальна, 5% допуск резисторов куда хуже.

Не понял???!

На уровне детского сада:
Ток эмиттера = ток базы + ток коллектора. В линейном режиме ток базы = 1/h21э тока эмиттера. Соотвественно ток коллектора отличается от тока эмиттера всего на 1% при h21э=100.

Вы не поняли!
В бАзу не потечет ток больше, чем ток коллектора/h21

Из того поста (относительно предыдущих постов) это действительно не понять. В предыдущих постах речь шла о режиме насыщения, а этот пост о линейном режиме. Ну и причём тут это?
Тем более, в том посте привлекает внимание именно противопосталение токов коллектора и эмиттера.

Смелое заявление.


А это и вообще неверно.

Почему?
В линейном режиме ОК - верно. В линейном режиме эмиттерный повторитель - имеет самый лучший КПД именно из-за этого.

Потому что ток ток коллектора меньше тока эмиттера именно на ток базы. КПД здесь ни при чём.

Я ж не зря предлагал это посмотреть в РЕАЛЬНОМ МАКЕТЕ.
Про ток коллектора/h21 мы в бурсе тоже много слышали и твердо выучили наизусть.

131959G , зависит от того, что понимать под "насыщением" .
Если даташитовский параметр, то возмите к примеру BU2508 , у него напряжение насыщения 5V при токе коллектора 4.5A и токе базы 1.1A.
Поставьте такой транзистор в схему с 5 вольтовым питанием и нагрузкой вэмиттере 0,5 Ома. И показывайте своему другу - мол вот , транзистор в насыщении, работает как будто в схеме с общим коллектором (ЭП) , и напряжение на базе даже не превышает напряжение питания .

Да тут мне читать и читать.
Спасибо.
Вот нарисовал схему мудренную.
Не пинайте сильно пожалуста (я недавно симуляторы осваиваю).
Надеюсь, что на рисунке видны показания приборов.
Вот транзистор В НАСЫЩЕНИИ на схеме (см. рис.) ?


Интересная мысль.
Похоже сначала надо определиться ЧТО ЕСТЬ "НАСЫЩЕНИЕ" ( в смысле его отличительных признаков)???
В принципе меня это тоже волнует.

Допустимым упрощением является приравнивание тока коллектора к току эмиттера. Причём даже в Хоровице-Хилле. И цепляться за эту мелочь можно только когда конструктивных аргументов просто нет


ИМХО резкое падение h21э при достижении некоторой разницы потенциалов между коллектором и эмиттером. У очень редких транзисторов оно определяется еденицами вольт. Но у большинства остальных транзисторов оно измеряется долями вольт, а при малых токах и сотыми долями вольта.


Насыщение (полноценное) будет когда ток базы будет меньше тока эмиттера и при этом потенциал базы будет выше потенциала коллектора (исключительные случаи с особыми транзисторами не рассматриваю).
И рисуйте схемы правильно, чтобы плюс питания был вверху схемы, а эмиттер смотрел вниз.

GetSmart
ИМХО - понятно.
Вы считаете, что Вы дали определение режиму насыщения???
На рисунке транзистор в насыщении?????


Понятно.
Вот я не могу добиться такого в схеме ЭМИТТЕРНОГО ПОВТОРИТЕЛЯ в Протеусе (возможно я что то не так в нем делаю).

На рисунке ток базы гораздо больше тока эмиттера, излишек которого утекает через коллектор (прямосмещённый). Если это и насыщение, то я бы назвал "перенасыщение". В принципе, похожий режим может быть и в ОЭ, когда излишек тока базы утекает в эмиттер. Чисто формально - это насыщение.


Резистор 10 омный замените на 1000 ом и всего-то делов.

Самое интересное на рисунке (для меня), что ток в базу и ток в коллектор направлены НЕ на встречу друг другу.

Ничего странного в этом нет. Транзистор в такой ситуации уже не работает в режиме усиления. Формально, режим насыщения не обязывает к усилению тока. Можете транзистор земенить двумя независимыми диодами и получите в точности равное распределение токов. Коллектор в транзисторе нах-ся в прямосмещённом состоянии.

наиболее внятно про насыщение написано в немецкой википедиии


Режимом насыщения они назвали ту рабочую точку , которая находится на восходящей ветви выходной (ausgang) характеристики . Выходное сопротивление к-э при этом значительно меньше чем на пологих участках характеристики.
А вот напряжение смещения коллекторно- базового перехода, не имеет фундаментального значения в этом вопросе. Хотя во многих учебниках так не считают .

По определению - режим насыщения транзистора - это такой режим, когда оба перехода транзистора смещены в прямом направлении внешним напряжением, приложенным к базе. Такое в ОК возможно только при Uб > Uпит. И точка. Все остальное - это следствие физических процессов, протекающих из-за прямого смещения перехода КБ.

А чем это отличается от моего определения - резкое уменьшение h21э (бета) при уменьшении разницы потенциалов КЭ ?

"В военное время косинус может достигать 2-х"(с)
возмите к примеру даташит на приличный транзистор 2SC3807 (Саньо) , оно характеризуется малым напряжением насыщения (см. рисунок)
обведенный оранжевым участок находится в области прямосмещенного Б-К перехода. Однако коэффициент передачи по току базы как был в районе 1000 так и остался при напряжении к-э 0,4...0,6V (и это напряжение меньше чем на переходе Б-Э, то есть потенциал базы выше потенциала коллектора). Грубо говоря - "переходы смещены" а насыщения нет.


А Вы возмите какой нибудь транзистор с горбатой характеристикой H21e от Uce . Например какой-нить дарлингон. Считать ли резким снижением бэты когда она упала в 10 раз при снижении Uce ? а ведь насыщение еще не началось. Поэтому понятие "резкое уменьшение" - недостаточно полное, имхо.

Я конечно понимаю, что надо разжевать все с точностью то математических формул модели транзистора, чтобы тут не докапывались. Кому это очень интересно, пусть обратится к какой нибудь модели транзистора, достаточно точно описывающей его поведение, самостоятельно. Например к тем, которые используются в SPICE. Понятно, что есть переходный режим между активным и насыщением. Как и между отсечкой и активным. Где "ни то ни се". Точно также, как и для ухода в глубокое насыщение необходимо превышение прямого смещения перехода КБ какой-то величины, зависящей от технологии, геометрии и материала транзистора. Но это уже нюансы. А суть насыщения - режим работы транзистора при прямом смещении перехода КБ, и физические процессы, происходящие вследствие этого. Сама "переломная точка" характеристики при этом будет, разумеется, на каком-то определенном, но обязательно прямом, смещении.

Ну скорее всего выходное сопротивление не меньше, а больше. И судя по графикам оно относительно линейно в некотором диапазоне Uce от нуля. Но это сопротивление не факт, что связано с понятием насыщения. У полевиков JFET есть похожее свойство.


Кто сказал?!
Почему не считать?

Моё определение легче в понимании "процесса", чем график в немецкой википедии. По крайней мере в немецком я не шарю и кроме графика там всё равно ничего не пойму.
Кроме того, есть не только насыщение по напряжению, но и насыщение по току, которое опять же характеризуется снижением беты при превышении предельного тока транзистора.

Даже дополню свое предыдущее высказывание, регионы работы транзистора вполне четко определены через напряжения 5*Nf*k*T/q и 5*Nr*k*T/q для Uбэ и Uбк соотв., где k постоянная Больцмана, T температура, q заряд электрона, Nf коэффициент эмиссии прямого тока (БЭ), Nr - обратного тока (БК).

соотв:
активный режим Uбэ > первого && Uбк <= второго.
инверсный режим Uбэ <= первого && Uбк > второго.
насыщение Uбэ > первого && Uбк > второго.
отсечка Uбэ <= первого && Uбк <= второго.

так вот - куда попали Uбэ и Uбк - таков и режим. А что там делает в это время бета и прочие параметры - никого уже не волнует. На самом деле бета (ни прямая, BF, ни обратная, BR) не меняется ни в каком режиме, а вот смена знака тока на диоде БК и его существенное повышение (по модели Гуммеля-Пуна) - серьезно меняет дело.

Можно спорить очень долго: где начало того конца которым кончается начало.
По-простому, считали всегда, что если напряжение на БЭ выше, чем на КЭ, то это уже насыщение.
Можно, конечно, еще уменьшить напряжение КЭ, но там уже очень большая нелинейность за счет быстрого уменьшения усиления по току.

"RC" - сопротивление тела коллектора, в спайс модели определяет наклон выходных характеристик в области насыщения
чиста по закону Ома. Сколько надо столько и поставят. Надо военным корректная спайс модель после спецфактора - увеличат RC во столько раз , сколько намеряют после испытаний. Бэтту уменьшат, токи смещения увеличат и т.д. Модель все стерпит.
Когда в ТУ записано значение 10Вольт насыщения на 2T839 после спецфактора (по памяти), при бэтта=2 , как-то о прямом смещении б-к перехода даже и недумается, чесслово. И переломная точка соответственно "съезжает".
Так что как раз не с научной а инженерской точки зрения, прямое смещение коллекторного перехода в насыщении - не факт. Хотя соглашусь вот в чем: Для большинства широкораспространенных биполярных транзисторов , ситуация с прямым смещением коллекторного перехода в насыщении имеет место быть.

А какой становится постоянная Больцмана по этим ТУ после "спецфактора". И какой заряд у электрона во время него?

Придумайте что-нить себе смешное, про косинус я написал , оказывается мало...

Вот именно. И я об этом же. В части вашего "RC". RC отнюдь не описывает наклон хар-ки в насыщении. RC описывает неидеальность, вызванную сопротивлением. Т.е. "паразита". А наклон и Эберс-Молл описывает без всяких там R вообще. Не говоря о Гуммеле-Пуне, который его расширение.

По аналогии с диф.сопротивлением, лучше для определения насыщения использовать диф. бету, то бишь dIэ/dIб. Вот по ней будет конкретно видно вход в насыщение. Причём у дарлингтонов будет достаточно сложная (вероятно двухуровневая) функция насыщения, потому как обычно в них ставят резистор, шунтирующий базу нижнего транзистора. А у всех несоставных транзисторов будет очень чёткое падение диф. беты при входе в насыщение.

Вот не страшно вам всем имена такие, на ночь глядя, всуе ворошить....
Вы еще к строгой теории табуретки Бойля с Мариоттом в газовыделении, Джозефсона в части узкощелевых потоков и критику Конфуция в филейной части употребите.
Стартовая тема. ей-богу, не стоит таких углубленных споров.

Откуда эти божественные знания?

Из расширенной модели Гуммеля-Пуна, которая применяется в родном берклевском SPICE. (А модели лучше, более точно показывающей процессы в транзисторе, я не знаю. Не считая всяких там 3D-сольверов по обсчету полей в объемных структурах) А без этих знаний - насышение просто когда Uбэ > Uкэ. И даже если его (насыщения) еще не видно на кривой, то оно уже началось. Просто не глубокое, а первые его влияния.

А вы чего к бэте привязались? И еще какую-то дифференциальную ввели? Возьмите Эберса-Молла, там все как на ладони понятно, что и откуда берется. И никаких дифференциальных бэт нету И вообще обе беты, прямая и обратная, они константы...

Прочитал главу про модель Эберса-Молла из книги Хоровица-Хилла. Не нашёл какого-либо определения о "регионах" работы транзистора. Там много каких формул есть, связанных с транзистором, но нет регионов. Кроме этого, я там нашёл кое-что связанное с диф.бетой. Это диф. сопротивление эмиттера (для малого сигнала). И именно она является аналогом моей диф.беты Вот именно диф.сопротивление резко падает в режиме насыщения транзистора, причём абсолютно любого транзистора.

Так что укажите конкретую литературу с чётким описанием "регионов" работы транзистора.


Первые влияния у некоторых транзисторов могут появиться намного раньше.

У ХХ там обрезок от Эберса-Молла, где пренебрежено членом, отвечающим за насыщение . Т.е. If есть, а Ir - увы, покоцан. Вы полную модель смотрите.


Конкренее некуда - я же сказал - берклевская модель биполярного транзитора.


Вот гуммель-пун http://virtual.cvut.cz/dynlabmodules/ihtml...ond/node48.html
И внимательно посмотрите If, Ir (токи через БЭ и КЭ) и как они влияют на IT - ток КЭ. А эберс-молл это обрезок от гуммеля-пуна в части выкидывания зарядовой части.

А для "тау", заодно, и где расположен RC. И ничего странного в том, что побывавший "там" транзистор имеет неодуплимую чисто резистивную составляющую перехода. Оттуда и кажущееся напряжение насыщения в 10 вольт. Хотя на самом деле оно сложено из 9.5 на RC+RE и 0.5 на Uкэ, и требование Uбэ>Uкэ выполнено.

Поискал ещё в той книжке. Там в приложении Ж есть описание (имхо на определение не тянет) насыщения. Там считается, что в режиме насыщения, когда потенциал коллектора ниже базового, часть тока базы просто отнимает прямосмещённый диод коллектор-база, то есть через этот диод ток базы "утекает" мимо базы, в виртуальный переход коллектор-эмиттер.

Вот это абсолютно правильное определение, правда немного криво сказанное. Он не только "утекает", но и вносит свой вклад в проводимость самого "виртуального перехода". Через обратную бэту (BR, Beta Reverse). Когда привычная нам бета - это прямая бэта, BF, Beta Forward. Обратите внимание, что в формулах, моделирующих транзистор, Vbe стоит на равне с Vbc. Да и физически коллектор от эмиттера мало чем отличается, кроме площади перехода.

Тогда объясните почему некоторые (высоковольтные?) транзисторы не подчиняются этой модели и у них на рабочих (на любых?) токах в режиме насыщения потенциал коллектора никогда не опускается ниже базы, при том что бета значительно падает.

Вы модель-то саму смотрели? В ее описании, я ссылку давал, там картинка такая, в начале... На схему похожая. На ней RC и RE есть - резистивная составляющая перехода, его неидеальность, "паразиты". Вот на них эти лишние вольты и падают. А условие что Vb'e' > Vc'e' (штрихи тоже взяты из модели, со схемы, и из формул) полностью при этом выполняется, и транзистор в насыщении. Так что подчиняются они этой модели, еще как подчиняются. А сопротивление (обычное омическое) существенное у переходов и появляются из-за высоковольтности - надо же сделать их непробиваемыми... А это без жертв не дается.
Кстати на малых токах, где влияние RC/RE не существенно, и у этих транзисторов Vce упадет ниже Vbe, никуда не денется, физику не обманешь. Можете тестером проверить... Если моделям не доверяете


-----
вдогонку... Советую задуматься, где и зачем диод Шоттки стоит в ТТЛШ-логике. И почему время выхода из насыщения значительно выше, чем из активного на грани насыщенного. Тогда вопрос про насыщение еще прояснится.

P.S. В общем модель она на то и модель, что наиболее близко к истине описывает происходящие процессы. В отличие от всяких надуманных дифференциальных бетов, сделаных лишь для упрощения рассчетов, но уводящих в сторону от реальных процессов.

Шунтирует переход БК. Ну и что? Формально он не мешает насыщению, он мешает глубокому насыщению. Я только мельком слышал о физике этого процесса, знаю что это связано с рассасыванием заряда базы. Но на практике столкнулся (немного изучал) это свойство "изобретая" относительно быстродействующий 24В push-pull на КТ961/КТ9180. В той схеме база биполярного транзистора была похожа на затвор полевика, именно в те короткие моменты резкого переключения. То есть ёмкость приходилось выкачивать приличную. Причём откуда там берётся эта ёмкость я так и не понял. Но она наверное на порядок больше обычной ёмкости коллектора и эмиттера когда он в линейном режиме. Когда я слишком быстро выкачивыал заряд базы (с помощью эмит.повт.) некоторые ключевые транзисторы умирали только из-за этого, причём нагрузка в коллекторе была намного ниже предельной.


А мне казалось для упрощения понимания свойств схемы. Ну будет перед носом лежать формула Эберса-Молла или ещё какая-либо. Да хоть ВАХ транзистора. По ней совсем неочевидны свойства падения беты. А бета является основой в расчётах схемы. Кроме того, модели есть у малой доли транзисторов, то бишь для большинства остальных совершенно непонятно как они себя поведут в схеме. И под конец - физически потенциал коллектора высоковольтного транзистора в режиме насыщения может быть больше потенциала базы, по каким причинам - допустим ясно, но всё равно больше, и определение, завязанное на потенциалах на выводах транзистора - недостаточно чёткое.

В бАзу не потечет ток больше, чем ток коллектора/h21

А как вам вот такая простенькая схема, где ток базы ничем не ограничен
и зависит только от тока коллектора(эмиттера).

Прочитал всю тему уже два раза.
Пока понял только вот это:

Первый раз со мной такое.
Нарисовал ЭМИТТЕР ВВЕРХ и сразу (больноблин).
Больше не буду.