¿Por qué la dirección de la corriente del colector sigue siendo la misma en la región activa y de saturación?

El modelo de Ebers-Moll en realidad considera este problema.

Habiendo notado que no es realmente posible modelar un transistor como dos diodos, es posible modelarlo como dos funciones del mismo transistor.

Si desea una respuesta canónica completa, puedo proporcionarla, pero trataré de ser intuitivo en este punto.

Comience en el modo de operación normal, donde$V{bc}$es$\le \ 0$(sesgo inverso) y$V_{be}$está presente y por encima del umbral; por lo tanto, la ganancia actual está en la región activa.

Ahora invierta la situación tal que$V_{bc}$está presente (base del colector polarizada hacia adelante) y$V_{be}$es 0. Esto invierte el transistor e intercambia el emisor y el colector, pero debido a los niveles de dopaje de un transistor estándar, la ganancia de corriente es mucho menor en este modo. (La ganancia es proporcional a los niveles de dopaje y el emisor está más dopado que el colector)

Al superponer las ganancias, la ganancia directa normal sigue siendo mayor que la ganancia de corriente inversa y, por lo tanto, la ganancia de corriente general todavía tiene el signo del modo directo normal, pero en un valor mucho más bajo (por lo que$\beta$es muy bajo en bajo$V_{ce}$y por lo tanto por qué$I_c$es muy bajo en bajo$V_{ce}$; esto implica que$V_b \ is \gt V_c$para un dispositivo NPN).

La ganancia de corriente de señal grande general (y, por lo tanto, la dirección efectiva de la corriente) está estrictamente dada por:

El primer término describe la primera situación (sesgo directo normal fuera de la saturación) y el segundo término la situación inversa (colector > base para NPN);$\beta_R$es la ganancia de corriente inversa.

Hay un excelente análisis exhaustivo disponible.

En definitiva, abundan las definiciones de “saturación” con diferentes parámetros e incluso signos de$I_{\mathrm C}$. Se refieren a toda la vasta región que no se puede utilizar para un amplificador ni es un corte.

La región encendido-encendido (cuando ambas uniones están encendidas), llamada saturación dura por Ramshaw, es un modo que rara vez se usa en la práctica (excepto algunos circuitos de conmutación). Cumple con la definición de saturación de Wikipedia en inglés. No está representado en el gráfico.

Un caso más relevante en la práctica es la cuasi-saturación , donde no aumenta más la$I_{\mathrm C}$ocurre cuando$I_{\mathrm B}$aumenta Se caracteriza por baja$V_{\mathrm{BC}}$, pero la unión base-colector aún tiene polarización inversa. No es una saturación como la Wikipedia en inglés (texto) lo entiende y encaja bajo su "activo".

La región de bajo voltaje inmediatamente antes de encendido-encendido es "saturación" incluso según la definición basada en voltaje de Wikipedia, pero tiene corrientes similares a las activas hacia adelante (consulte el comentario de @The Photon). Al igual que la región on-on, ambas uniones tienen polarización directa, aunque la del colector solo es leve. Pero, a diferencia de la región de encendido-encendido, la unión del colector no está realmente encendida ya que no se alcanza su voltaje de codo. Si el voltaje C-B es solo ligeramente directo, entonces todavía hay una zona de agotamiento a lo largo de la unión y muy pocos portadores de colector o base se filtran a través de ella. Pero, si el E-B está abierto, los portadores del emisor se inyectan a la base como en un modo activo directo regular, y una parte de ellos se dirige al colector a través de la difusión. Por lo tanto, la corriente del colector se dirige de la misma manera que en un corriente hacia adelante habitual (es decir,β  > 0). Este modo rara vez se considera debido a su baja ganancia de corriente. Posiblemente sea lo que se indica como "saturación" en el gráfico, ya que su$V_{\mathrm{CE}}$todavía está por encima de cero. En esa imagen, se puede ver dónde desaparece la corriente del colector (desafortunadamente, no se muestra la región de encendido).

Nota: Ī̲ a veces usa una terminología casera y probablemente no estándar, pero parece que los libros de texto de electrónica no establecieron una buena debido a la negligencia de los modos marginales de operación.