Terminología para BJT "regiones de operación"

Hay una definición precisa y otra descuidada para la saturación. Voy a empezar con el preciso.

Eso es practicamente todo. La región de saturación se define con precisión aquí.

El descuidado se produce porque el comportamiento práctico de los diferentes parámetros del BJT no se ajusta perfectamente a esas líneas. Además, esos voltajes no son lo único importante. La temperatura ciertamente tiene un gran efecto en algunos parámetros, por lo que podría imaginarse extendiendo un tercer eje, dentro y fuera del papel aquí, para agregar esa dimensión. Y luego mapear los detalles prácticos en esa nueva vista sería aún más complejo.

La idea descuidada de la saturación es práctica. Si está considerando operar el BJT como un interruptor, ya tomó la decisión de operar en alguna parte de la región de saturación en el gráfico. Pero también estará operando con un sesgo sustancial hacia adelante.$V_{bc}$y no cerca de cero y ciertamente sin polarización inversa. Esta no es una definición precisa y diferentes personas usarán diferentes umbrales. Así que parte de esa región no es útil. Si está pensando en operar el BJT como un amplificador, entonces probablemente quiera mantener$V_{bc}$sesgado inversamente y tal vez agregar un pequeño margen a eso también. Entonces, una vez más, aquí se aplicarán diferentes ideas de "fuera de saturación" para un amplificador. Y una vez más, no cae precisamente en el gráfico como se muestra.

EDITAR: La distinción que se muestra en el cuadro anterior es una demarcación arbitraria que utiliza el valor de diferencia de$0V$como el lugar para trazar líneas, pero también es un lugar objetivo, medible, cuantitativo y exacto. Si es o no físico depende de los parámetros físicos que le interesen, supongo. Pero si busca algún punto físico de demarcación, como el que se encontró para Plutón frente a los otros planetas donde se encontraron 5 órdenes de magnitud en la demarcación natural en base a algunas ideas físicas bien razonadas, entonces tendríamos que entrar en una discusión sobre qué ideas físicas crees que son apropiadas. Solo entonces alguien podría intentar decidir dónde se encuentran estos puntos de demarcación. Y no creo que ese tipo de discusión sea apropiada aquí.

Para el artículo seminal que proporciona los modelos matemáticos y los expresa utilizando exactamente los dos ejes que muestro arriba, consulte: JJ Ebers y JL Moll, "Large-Signal Behavior of Junction Transistors", Proc. IRE, vol. 42, pp. 1761-1772, diciembre de 1954. La publicación más antigua que tengo en el estante, que muestra el gráfico anterior, es "Modeling the Bipolar Transistor", de Ian Getreu, 1976. Aparece en las primeras páginas del libro. Su libro fue el resultado de su trabajo en Tektronix en su grupo STS (sistemas de prueba de semiconductores) a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970 y fue publicado inicialmente por Tektronix. Actualmente está disponible a través de Lulu.

Si desea ver las ecuaciones originales de Ebers-Moll, que utilizan$V_{bc}$y$V_{be}$, luego los publiqué convenientemente aquí, "¿ Por qué Vbc está ausente de las ecuaciones bjt? ", Como respuesta a esa pregunta. No tienes que volver al artículo original si ese resumen está bien. Además, si su pregunta es histórica, podría intentar volver a contactar a Ian y ver si recuerda dónde obtuvo su gráfico. Él puede recordar.

EDITAR DE NUEVO: Estoy agregando un cuadro tomado de una edición de 1979 de "Microelectrónica: circuitos y sistemas digitales y analógicos" de Jacob Millman. Esto es de la parte superior de la página 61, Sección 3-2:

Con suerte, eso ayuda más. Dicho gráfico debería estar fácilmente disponible en casi cualquier texto de introducción sobre semiconductores.

Ahora tiene una descripción cuantitativa que puede obtener de esta publicación donde proporciono tres puntos de vista de DC cuantitativos separados, pero equivalentes, del BJT y también una descripción cualitativa en el diagrama anterior, que ilustra tanto a los portadores minoritarios como a los mayoritarios. No hay nada más completo que eso en una publicación en EE.SE.

“Saturación” es un término genérico para regiones que son inútiles para un amplificador (es decir, son fuertemente no lineales en$I_{\mathrm B}$o tienen β menor que 1), pero están lejos del corte. La mayoría de los autores no aplican los debidos esfuerzos para formular una definición utilizable. Existe al menos un libro en inglés no negligente al respecto:

E. Ramshaw (información de Google Books) o R. S. Ramshaw (como está escrito en la portada)
Power Electronics Semiconductor Switches
Springer Science & Business Media, 2013

El libro especifica una región distinta de casi saturación , que no es lineal (cumple con "4"), pero aún se ajusta a la "activa hacia adelante" de en.Wikipedia y la corriente del colector fluye en una dirección saludable. Después$V_{\mathrm{BC}}$pasa por cero (≈ “2.”), se desarrolla un modo de saturación fuerte , que cumple con la definición “1.”. Lo llamaría "región on–on".

Además, Ī̲ caracterizaría la región inmediatamente antes de encender B–C como “(directa) de bajo voltaje”, con un β bajo (pero positivo) . Para obtener más detalles, consulte los comentarios y mi respuesta en ¿ Por qué la dirección actual del colector sigue siendo la misma en la región activa y de saturación? y el circuito de base común con hilo de voltaje de suministro cero (con alguna simulación en CircuitLab).

¿Qué pasa con la definición de en.Wikipedia (a partir de hoy) de las regiones? Se puede rastrear a varias fuentes donde los autores no estaban dispuestos a entrar en detalles de estos modos marginales. La cuasi-saturación está cerca de la región de saturación dura en el plano voltaje-voltaje (aunque opera de manera diferente), y muchos autores quedaron satisfechos con la imagen simplista presentada en la respuesta de @jonk. ¿Qué pasa con las cosas de es.Wikipedia bajo "3"? Es solo basura incompetente.

Definición de saturación en transistores bipolares

En realidad, depende de su aplicación para alta linealidad (bajo THD sin retroalimentación) o baja saturación Vce (sat) (en algunos interruptores de alta corriente, Vce excede a Vbe como interruptor)

Para la operación lineal en corrientes moderadas, consideramos que Vce <2V son corrientes no lineales @ de rango medio y un redondeo significativo del pico sinusoidal por debajo de Vce=2V. es decir, distorsión

Entre las especificaciones de Vce(sat) (relaciones Ic:Ib nominales @carga) para el funcionamiento y la zona gris no lineal para Vce <2V, como para los amplificadores de emisores comunes, se encuentra la zona de transición. Aquí es donde los efectos de la saturación cambian la linealidad y en gran medida no se especifican. (excepto en la siguiente hoja de datos de ejemplo)

Por ejemplo. consulte las figuras 3 y 4 que comparan los efectos de la saturación y el funcionamiento no lineal por debajo de 2 V que empeoran con el aumento de la corriente para esta parte de 100 mA.

En ninguna parte en un semi. La hoja de datos define el límite de saturación como Vc = Vb para un emisor conectado a tierra. . Este es el mundo analógico real donde hay efectos parciales de saturación.

Así como toda lógica utiliza umbrales analógicos con una zona gris entre los niveles de saturación garantizados por razones de margen de ruido y compensación térmica.

_{(fuente: elektroda.pl )}

Tenga en cuenta que el límite de Vce (sat) está por debajo de Vbe. (bueno) pero la caída en hFE y el aumento en la fuga, debido al cambio en los espacios y la pendiente de estas curvas en la región lineal. La linealidad del dispositivo >2V es muy plana y no se muestra aquí.

Esto respalda mi argumento de que existen diferentes umbrales para la saturación según los requisitos para la operación de interruptor o lineal .