¿Por qué el modulador de Clase C no funciona en saturación?

¿Por qué el modulador de Clase C no funciona en saturación?

¿Por qué el transistor no opera en saturación al insertar la resistencia R6?

¿Por qué debería? Nunca se ha sabido que la saturación sea muy útil incluso para circuitos digitales porque es lenta (por supuesto, esto solo se refiere a diseños basados ​​​​en BJT y no a circuitos diseñados por MOSFET donde dependemos de la saturación). Esto se debe al funcionamiento interno del BJT. El cruce Colector-Base es el cruce más grande debido a los niveles de dopaje. Cuando reenvía la polarización de la unión colector-base, obtiene una zona de agotamiento más pequeña, que resulta ser una malacosa. Lo que sucede es que obtiene un exceso de agujeros que se filtran hacia el colector en lugar del emisor. Estos orificios tienen una probabilidad casi nula de llegar a la unión metálica del Colector debido a la distancia relativamente grande desde el área de agotamiento hasta la unión metálica (del orden de varias longitudes de difusión). Esto significa que esos agujeros se recombinarán y no saldrán. Del mismo modo, la mayoría de los electrones también deben combinarse en la región de la base porque, de lo contrario, se acumularía una carga. Esto hace que la base sea un controlador deficiente de la corriente y comienza a perder su efectividad para controlar la corriente desde el colector hasta el emisor. De hecho, en la saturación adecuada, toda la corriente nueva que fluye a través del emisor es proporcionada únicamente por la base.

Un poco prolijo, lo sé. Sin embargo, debe comprender la física de un dispositivo para explicar por qué suceden las cosas. Con ese conocimiento en mente, podemos ver que si el número de portadores minoritarios y mayoritarios se reduce a través de una recombinación excesiva, eso significa que llevará más tiempo volver a un nivel que sea útil. Esto se muestra en los diodos todo el tiempo como "Recuperación inversa", y el mismo fenómeno ocurre en el BJT. Ahora, para un BJT, la "recuperación inversa" es un poco diferente y un poco igual. La misma física está ocurriendo pero con los efectos opuestos. El tiempo de recuperación inversa es ahora el tiempo que tarda la base en volverse útilcontrolador de corriente con Hfe > 50 en lugar de Hfe más cerca de 1-5 en saturación. Este tiempo de "Recuperación inversa CB" es ahora el factor decisivo para apagar el dispositivo, ya que esa unión debe restablecerse para estar en corte. Cuando combina esto con lo que dije antes sobre que es el cruce más grande en el BJT, ve por qué la saturación significa que su dispositivo se ralentizará. Tiene que tomar más tiempo para cambiar la polarización de la unión CB a polarización inversa nuevamente para apagar. La saturación hace que un BJT disminuya la velocidad, se vuelva menos eficiente en cuanto a la corriente, se vuelva menos eficiente en el consumo de energía y tenga una amplificación más baja. Todo mal.

Espero que algo de esto haya tenido sentido para usted, y si no, recuerde, es solo física cuántica, electromagnética y física de dispositivos semiconductores. Esto no es fácil y lleva tiempo entenderlo.

Una especie de transición para demostrar que no llegas a la saturación *********************

Me tomé el tiempo para obtener algo de tiempo de simulación con una computadora que tenía MultiSim 13 y ejecuté las simulaciones necesarias para verificar a mi antiguo profesor (o demostrar que estaba equivocado, dejaríamos que los datos hablaran).

Este es el circuito que simulé:

Esto es lo que obtuve:

1. Debe dejar que la simulación funcione mucho más tiempo para obtener un resultado de estado estable. A continuación se muestra una imagen que muestra que no comenzó a equilibrarse hasta 15 milisegundos después del inicio de la simulación.
2. También descubrí que cambiar el paso de tiempo de hecho cambiaría su respuesta transitoria. Usé un paso de tiempo de 1e-007 segundos y 1e-009 segundos respectivamente.
3. Y, como quería ser minucioso, me aseguré de que este fuera un buen amplificador y ejecuté una FFT en los mismos segmentos de forma de onda que se muestran arriba (entre 20 ms y 20,1 ms)

En conclusión: puede ver claramente que el voltaje en la base del transistor nunca es más alto que el voltaje en el colector. Por definición , esto significa que el dispositivo solo puede funcionar en la región de "corte" o en la región de "reenvío activo". Esta ha sido una pregunta apasionante y espero que haya respondido satisfactoriamente a su pregunta. Si necesita alguna aclaración, pregunte y veré si puedo obtener más tiempo de simulación para responderla (1e-009 los simuladores de tiempo tardan unos minutos cada uno, así que si necesita más gráficos, comprenda si solo obtengo 1e -007). Si la pregunta es sobre la física del dispositivo, formule una nueva pregunta, ya que esas respuestas pueden ser bastante largas.

No se obsesione demasiado con la definición de saturación de 0,2 V. Aquí hay una sección de la hoja de datos para un 2N3904: -

Con una corriente base de 5 mA, la tabla muestra que el voltaje de saturación es de 0,3 V. La otra cosa a considerar con los BJT es que a medida que bombea varios mA a la base, el voltaje base-emisor llega a un punto donde el colector-base La región se polariza directamente y ahora la base está "levantando" el colector significativamente por encima del voltaje de saturación "convencionalmente aceptado" de 0,2 voltios. Básicamente, el BJT no funciona en el sentido convencional.

Mirando la curva característica del 2N3904, puede ver que la saturación aumenta progresivamente a medida que aumenta la corriente base: -

He mostrado un círculo rojo en el gráfico con una corriente de colector de aproximadamente 12,5 mA; claramente, la saturación está significativamente por encima de 0,5 voltios y en el límite de 1V.

¡No te obsesiones con 0.2V!