关于晶体管的饱和！

只看该作者 · 2019-7-26 12:21

本帖最后由 xuku977 于 2019-7-26 12:58 编辑

以前有个帖子，里面谈到了晶体管的饱和：

先从单个晶体管说起。

【码字码到12点50，吃饭】

如上图所示，晶体管用作开关，从饱和区驱动到截止区时，有个非常重要的因素会影响响应速度，就是对负载电容C充电的时间。
而对C充电，必须通过负载RL，所以对快速的开关电路，RL一般都很小。

在饱和区，晶体管电流大约为VCC/RL，由于RL很小，所以考虑到晶体管最大电流和功耗限制，VCC一般也相应地要小。
晶体管电压摆幅为VCC-Vce(sat)，这里Vce(sat)表示晶体管在饱和时的CE电压。当VCC一定时，想要摆幅大，Vce(sat)要尽可能地小。摆幅大的好处是可以减小开关电路对噪声、电源波动、晶体管老化等等不利因素影响。
所以厂家的晶体管手册上都会给出特定条件下的Vce(sat).

只看该作者 · 2019-7-26 13:10

本帖最后由 xuku977 于 2019-7-26 13:18 编辑

图表式手册，只能给出一个点或几个点的数值，要想全面感知饱和区，必须看特定情形下的曲线图。
下图是某PNP晶体管手册上的曲线图，只有这种局部放大的曲线图，才有可能精确从中读出饱和参数Vce(sat).

如上图所示，在晶体管输出特性曲线上，叠加了500欧负载线。

和普通放大器对比，最显著的特征是：IB变化相同的数值，IC和VCE变化很小很小，几乎不再响应IB了。

只看该作者 · 2019-7-26 14:31

R2D2 发表于 2019-7-26 13:57
楼主什么都不懂，大家散了吧。

慢走，不送！

饱和判断方法：
1），看电流，根据电路结构，独立地分别计算出IC和IB，然后比较IB和IC/hFE!
2)，看电压，根据电路结构，比较VCB和VCE！

只看该作者 · 2019-7-26 14:34

本帖最后由 xuku977 于 2019-7-26 14:49 编辑

静态判据还不够，顶楼那个牵扯到瞬态分析。

但是非常遗憾，本科教材只说了【小信号】瞬态分析，给定电路，用高频混合pi模型代替晶体管，如下图：

问题来了，许多人喜欢用上面的复杂模型，直接列方程组，最后根据最终表达式，再作个近似省略。
这样干，是非常愚蠢的。

先近似，后列方程组，少做一半无用功。

只看该作者 · 2019-7-26 14:42

楼主的意思是沿着负载线往左看，负载线接近水平时的Vce就是Vce(sat)？有没有定量的说法？

只看该作者 · 2019-7-26 14:45

djxf 发表于 2019-7-26 14:42
楼主的意思是沿着负载线往左看，负载线接近水平时的Vce就是Vce(sat)？有没有定量的说法？ ...

当然能定量了，例如对于IB=-0.15mA,Vce(sat)是-0.175V左右。

只看该作者 · 2019-7-27 08:26

xuku977 发表于 2019-7-26 13:10
图表式手册，只能给出一个点或几个点的数值，要想全面感知饱和区，必须看特定情形下的曲线图。
下图是某PNP ...

有明显的可变电阻性，不是说场效应管才这样吗？

2万 · 2019-7-27 21:10

这一部分内容的细节，请参考我导师写的CMOS模拟集成电路设计一书，第10章--运放瞬态特性！

不是搞模拟集成电路的，只需看10.2节--小信号瞬态特性，10.3节大信号瞬态特性。

推导过程只需了解，重点看看结论，系统要想速度看，优化哪（几）个量！！！

群里也有网友分不清大小信号瞬态响应的区别，希望仔细看看这两节。

2万 · 2019-7-27 21:29

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-27 21:34 编辑

关于小信号瞬态响应，电工必须熟悉频域和时域之间的关系。

例如已知某系统传递函数的频率响应和s域表示分别为：

请问瞬态响应如何？？？？？

结果应该是欠冲：

2万 · 2019-7-27 21:41

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-27 21:47 编辑

乖乖，大热的天，老子我一分钱不要，一点一点码字、画图，既费精力又费时间，还有人在这说风凉话，挑肥拣瘦的。
说的不好，你们不要点击我的帖子就行了吧？

也不看看国内这几个论坛，有几个人能耐着性子码字的，国内模拟论坛全部进入寒冬期（就下载电子书的地方热闹）
累的根啥比一样还不讨好，谁还发帖？

2万 · 2019-7-27 21:46

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-27 21:58 编辑

xukun977 发表于 2019-7-27 21:29
关于小信号瞬态响应，电工必须熟悉频域和时域之间的关系。

例如已知某系统传递函数的频率响应和s域表示分 ...

反之，零点在前，极点在后，时域是过冲！

全通网络的情形：

其它几种情形略。

电工必须熟悉两者之间关系。看见频率图形形状，大致可以判断零极点位置；看见零极点位置，能大致判断出瞬态响应波形。

小练习：
已知频域零极点位置，请判断滤波器类型（高通？低通？。。。）

2万 · 2019-7-27 22:03

，，，

2万 · 2019-7-27 22:15

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-27 22:20 编辑

关于上图电路，模电书上千篇一律地重点介绍限流电阻怎么取，这是不够的。

对于齐纳管，设计师对其4个参数感兴趣：
1）击穿电压
2）导通电阻
3）噪声特性
4）温度特性

这4个参数，设计时必须折中考虑。

例如，齐纳管要想稳压效果，必须供应个最小电流，对于小功率稳压管，几百uA就够了，此时导通电阻是数百欧姆量级的，对于大功率稳压管，电流高于曲线的拐点，导通电阻可低至数欧姆。
但是稳压管工作原理类似气体真空管，所有的放电过程本质上都是有噪声的，稳压灌也是如此。在稳压管曲线拐点附近，噪声最为强烈。由于稳压电路都有旁路电容（抑制纹波），所以一般噪声问题不大。

稳压管的温度特性：
对于雪崩击穿电压，一般是正的，即随温度增加而增加，温度增加10℃，10V稳压管可能变化几十mV量级，200V稳压管可能变化几伏。
对于低压齐纳管，一般是负的，即随温度增加而降低，在过渡区（4.5--6V），温度系数基本为零。-----有些书上说6V是个分界点，太绝对了。

只看该作者 · 2019-7-28 11:05

2万 · 2019-7-29 12:13

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-29 12:26 编辑

我在上一个帖子里，提到了三极管的荷控模型：

https://bbs.21ic.com/icview-2838774-1-1.html

请注意，不管的MOS管，还是BJT，荷控模型是最基本的模型！

于是三极管和MOS管模型，可以统一地表示为：

IC（或ID）=Q/tao

上式中tao为时间常数！

使用荷控模型来解释下图中的加速电容：

1，C=0

2万 · 2019-7-29 13:05

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-29 13:22 编辑

xukun977 发表于 2019-7-27 22:15
关于上图电路，模电书上千篇一律地重点介绍限流电阻怎么取，这是不够的。

把14楼内容展开聊聊。

考虑到噪声特性，一般要避开把工作点选在拐点附近（下图Izk）:

但也不是说Iz选的越大越好，TC也会变化：

而且动态电阻也会变化：

一般工作电压为8V左右的稳压管，动态电阻最小！而且工作电流Iz越大，动态电阻越小，此时稳压效果最好。

2万 · 2019-7-29 13:45

晶体管的Vce(sat)，与晶体管的构造、材料（Ge/Si）和工作点有关。

曲线给出方法很特别，如下图：

可以考虑一下为什么这样给定。（近似是线性关系）

2万 · 2019-7-29 13:51

根据文献中的大信号瞬态分析的结果，晶体管的上升时间反比于小信号带宽，和工作点之间是对数关系：

2万 · 2019-7-29 13:58

本帖最后由 xukun977 于 2019-7-29 14:07 编辑

我以前在我管理的版块说过：电子知识可以触类旁通：

https://bbs.21ic.com/icview-2633564-1-2.html

有些跟电路毫不相关的学科，也可以用电路理论来类比分析。

晶体管4种模型中的载流子模型，严格来说是载流子浓度方程，但是也可以用电路表示：

这种知识迁移，最常见的还有晶体管的热模型：

只不过，这里的电阻电容，并非指常规的物理电阻器和电容器了。

网上还有些高手，对社会经济问题，用RLC等元件来建模求解的。

可见，学电路，并不一定只能解决电路问题。

2万 · 2019-7-29 17:08

前面几个帖子做铺垫，现在开始进入重点：

同志们有没有看到，上面这些文字，为了满足饱和的电压判据，可谓无所不用其极啊！例如前级供电要比后级高；开关频率进入ns级。。。

关于晶体管的饱和！

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