如何判斷三極管是否飽和

1.如何判斷三極管是否飽和?

三極管的主流作用是開關(guān)和放大。

開關(guān)電路中，工作點必須在飽和區(qū)和截止區(qū)之間來回切換。

放大電路中，則必須穩(wěn)定在放大區(qū)內(nèi)。

比較容易識別三極管的截止區(qū)，截止可以理解成關(guān)閉。 但是打開后的三極管卻面臨一個困境：兩個區(qū)域相鄰(飽和與放大)，這該如何區(qū)分呢?

判斷是否進入飽和區(qū)的方法，其本質(zhì)是矛盾分析法。 用法說明如下：

第一步，計算負載線上端點IC.SAT值，并假設(shè)三極管進入放大區(qū)。

第二步，計算電路基極電流IB，因為假設(shè)的是放大區(qū)，因此公式(1)仍然成立，并借此計集電極電流IC。

(1)

第三步，判斷IC和IC.SAT是否矛盾，如果IC>IC.SAT，則矛盾，假設(shè)不成立。

通過以上三步，可以初步實現(xiàn)區(qū)分兩個區(qū)域的目的。

2.如何進入三極管的深度飽和狀態(tài)?

為什么說負載線約束了三極管的工作狀態(tài)? 靜態(tài)工作點為什么不是“靜態(tài)”的? 一文中討論了靜態(tài)工作點和負載線。 得到的結(jié)論是：靜態(tài)工作點在負載線上移動。 且受各種參數(shù)影響，三極管的飽和區(qū)、放大區(qū)會動態(tài)變化，這就導致靜態(tài)工作點的落點不穩(wěn)定。

因此，知道三極管的工作狀態(tài)很重要。 特別的，對于工作在開關(guān)狀態(tài)的三極管，我們不希望管子受到環(huán)境參數(shù)的影響而使得工作點產(chǎn)生漂移。

開關(guān)電路，三極管需要工作在可靠的飽和區(qū)中，即深度飽和。

曾有博文指出，三極管進入深度飽和區(qū)具有兩個特征：IB很大或者IC很小。

我始終記不住，于是在前人的基礎(chǔ)上結(jié)合自己理解繪制了下圖：

1)臨界飽和公式，圖中編號①，本文第二次用到。

2)離放大區(qū)遠一些不就更容易區(qū)分? 圖中編號②

編號①是說，索性以電路設(shè)計的最大值IC.MAX(IC不變)，作為判斷的臨界值，并求出此時最大的基極電流。 那么保證實際IB遠超臨界IB好幾倍，就一定是深度飽和-----即，做到IB很大。

編號②是說，從圖形上看，工作點沿著飽和區(qū)曲線向下滑動，會遠離放大區(qū)。 基于飽和區(qū)形狀上窄下寬的特點，底部越寬則距離放大區(qū)越遠，且該處的IC和VCE都很小----即，做到IC很小。

從上而下的滑動可以理解成，工作點在往“深處”滑動。

三極管進入深度飽和的兩種方式：

其一，確保實際IB遠大于飽和臨界IB(基于IC.MAX)。

注：帶入公式(1)的電流增益是放大區(qū)的增益，而實際飽和區(qū)的增益很小。 這也能解釋，為什么深度飽和區(qū)的基極電流比臨界值要大許多，實際分母很小。

其二，確保集電極電阻很大，使得IC和VCE很小(IB不變)，讓工作點沿著飽和曲線向下滑動。

有一個取巧辦法，就是當VBB=VCC時，可以通過使RB大于10倍的RC，使管子進入深度飽和狀態(tài)。 但是在汽車電子中，三極管經(jīng)常被用作各種電源的開關(guān)，并使用MCU的數(shù)字端口驅(qū)動。 意味著三極管的驅(qū)動端VBB通常是5V，而輸出端VCC接的是12V，因此取巧之法無法使用。

最可靠的辦法還是，先計算出飽和最大臨界IB，然后在此基礎(chǔ)上取數(shù)倍，使得折算后的電流增益遠小于放大增益(10附近)，并以此為依據(jù)。

舉一個例子，如下圖，管子進入深度飽和，IB遠大于IB.SAT.MAX，實際增益也遠小于放大增益，VOUT穩(wěn)定輸出0V。