Transistor Verzadiging Uitgelegd: Hoe Je Het Herkent en Effectief Toepast

Een Verzadigde Transistor

Bron: Wikiwand

Transistor verzadigd? Wat betekent dat? Nou, deze term maakt alleen zin als je een ontwerper of ingenieur bent die bekend is met transistorschakelaars.

Zo niet, dan breken we het af.

Bij lage DC-apparaten is het normaal om ze uit of aan te schakelen. Dit bereik je door transistorschakelaars te gebruiken. Maar de transistor moet in een verzadigde toestand zijn om het DC-apparaat aan of uit te zetten.

Later in dit artikel bespreken we dit onderwerp verder, tonen we de werkingsmodi, berekeningen en meer.

Laten we beginnen!

Wat Is Transistor Verzadiging?

BD135 Transistor Verzadiging

Bron: Wikimedia Commons

Verzadiging treedt op wanneer een systeem zijn drempel of maximumwaarde bereikt. Een transistor werkt in een verzadigd gebied wanneer de stroom de hoogste gespecificeerde waarde bereikt.

Bijvoorbeeld: als je vloeistof in een glas giet tot aan de rand – dan is het in een verzadigde toestand. En dat is omdat het glas niet meer kan bevatten. Ook wanneer je de configuratie van een transistor wijzigt, verandert het snel van verzadigingsniveau.

Maar het is cruciaal om te weten dat wanneer je transistors configureert, het apparaat zijn verzadigingspunt niet bereikt. En dat is omdat de basis-collector niet in de omgekeerde polarisatie blijft. Als gevolg zijn er vervormingen in de uitgangssignalen.

Wat Zijn de Werkingsmodi?

Transistors werken in vier verschillende modi omdat ze niet-lineaire apparaten zijn. En de modi tonen de stroom die door ze vloeit (namelijk van de collector naar de emitter van een NPN).

NPN Transistor

Verder, als je de modus van een transistor wilt weten, moet je letten op de relatie en spanningen van de drie pennen.

V_BC is de spanning die van de basis naar de collector gaat, en V_BE verwijst naar de stroom die van de basis naar de emitter gaat. De werkingsmodi zijn:

Verzadigingsmodus

Wanneer een transistor in verzadigingsmodus is, is het "Aan". Het gedraagt zich als een kortsluiting tussen collector en emitter.

NPN Emitter

Bron: Wikimedia Commons

Deze modus zorgt ervoor dat de diodes van de transistor voorwaarts gepolariseerd worden. Voorwaarts gepolariseerd betekent dat V_BE en V_BC groter zijn dan nul. Daarnaast betekent het dat V_B hoger is dan V_C en V_E.

Met andere woorden: voor een transistor om in verzadiging te treden, moet V_BE hoger zijn dan de drempelspanning. Je kunt spanningsval vertegenwoordigen met afkortingen zoals V_d, V_th, etc., en de waarde verschilt per transistor en zelfs per temperatuur.

Bij kamertemperatuur kunnen we schatten dat veel transistors een spanningsval van ongeveer 0,6V hebben.

Verder is het belangrijk om te weten dat je misschien geen uitstekende geleiding hebt tussen collector en emitter. Als gevolg zul je een kleine spanningsval aan de knopen merken.

Fabrikanten vertegenwoordigen deze spanning in transistordatasheets vaak als V_CE(sat) (CE verzadigingsspanning). Je kunt V_CE(Sat) definiëren als de spanning van collector naar emitter die de transistor nodig heeft voor verzadiging.

De waarde van V_CE(Sat) varieert van 0,05 – 0,2V. En het betekent dat V_C iets hoger moet zijn dan V_E voor de transistor om in verzadigingsmodus te treden. Plus V_C en V_E moeten lager zijn dan V_B.

Omgekeerd-Actief

De omgekeerd-actieve modus treedt op wanneer een transistor versterkt en geleidt, maar de stroom in de tegenovergestelde richting beweegt (van emitter naar collector).

Transistor Versterker

Bron: Wikimedia Commons

Voor een transistor in omgekeerd-actieve modus moet de spanning bij de emitter hoger zijn dan de basis. En deze spanning moet groter zijn dan de collector. Met andere woorden: V_C < V_B < V_E.

Ook is het niet gebruikelijk om fabrikanten de omgekeerd-actieve modus te laten ontwerpen voor een toepassing. En dat is omdat dit model een transistor niet aandrijft.

Actief

In deze modus moeten de V_BC en V_BE van de transistor respectievelijk negatief en hoger dan nul zijn. Ook betekent dit dat de basisspanning hoger moet zijn dan de emitter maar lager dan de collector.

Dus de collector moet hoger zijn dan de emitter: V_C > V_B > V_E. Interessant genoeg is dit model de krachtigste modus van de transistor omdat het het apparaat verandert in een versterker.

Daarom neemt de stroom die in de basispin gaat toe. Als resultaat verlaat de stroom die in de collector gaat de emitter.

Ic = bI_B

Waar:

Ic = collectorstroom

b = versterkingsfactor

I_B = basisstroom

Afknipmodus

Deze modus treedt op wanneer de transistor uit staat – het tegendeel van verzadiging. In deze modus lijkt de transistor op een open schakeling omdat het geen collector- en emitterstroom heeft.

Hoe laat je een transistor in deze modus treden? Door ervoor te zorgen dat de emitter- en collectorspanningen groter zijn dan de basisspanning. Met andere woorden: de waarden van V_BE en V_BC moeten negatief zijn.

Je kunt de afknipmodus voorstellen als:

V_C > V_B

V_E > V_B

Het is vitaal om te weten dat we NPN-modus transistors hebben gebruikt als referentie in het artikel. Voor de PNP-transistor heb je de tegenovergestelde kenmerken van de NPN. Bijvoorbeeld in de verzadigingsmodus van PNP-transistors stroomt de stroom van emitter naar collector.

Je kunt ook de onderstaande tabel raadplegen voor beter begrip:

NPN MODUS	SPANNING RELATIES	PNP MODUS
Omgekeerd	VE > VB > VC	Actief
Afknippen	VE > VB < VC	Verzadiging
Verzadiging	VE < VB > VC	Afknippen
Actief	VE < VB < VC	Omgekeerd

Hoe Bereken Je Transistor Verzadiging

Het is makkelijk om de transistorverzadiging te berekenen wanneer er een curve is die je kunt bestuderen. Als je curve laat zien dat het spanningsniveau op 0V staat terwijl de stroom relatief hoger is – gebruik de wet van Ohm.

Op die manier kun je de weerstand tussen de pennen (collector en emitter) van de transistor bepalen als volgt:

R_CE = V_CE / I_C = 0 V / I_C(Sat) = 0 Ω

Wat als je de benaderende verzadigingscollectorstroom voor een transistor in een schakeling moet bepalen? Je kunt dat krijgen door een corresponderende kortsluitingswaarde over de CE (collector-emitter) van het apparaat aan te nemen. Dan vul je dat in de bovenstaande formule in. Je zet V_CE op 0V en berekent V_CE(Sat).

Ook, als de schakeling een vaste-biasconfiguratie heeft, kun je een korte weg toepassen. Gevolg: RC (spanning over) zal gelijk zijn aan V_CC. Je kunt de conditie als volgt uitdrukken.

• I_C(Sat) = V_CC/RC

Hoe Weet Je Of Een Transistor Verzadigd Is?

Een transistor op verzadiging laten werken is niet makkelijk, maar het is mogelijk. Ook is het cruciaal om je werking binnen het actieve gebied in te stellen als je je transistor als versterker wilt laten werken. Hier zijn bewezen methoden om een verzadigde transistor te herkennen:

1. Door een echte meting uit te voeren

2. Simulatie uitvoeren – een betere methode dan de vorige

3. Berekening – een oude methode die goedkoop is en zonder beperkingen. Een van de manieren om deze methode te gebruiken is door aan te nemen dat de schakeling verzadigd is. Los dan de maximale versterking van de schakeling op. Vervolgens relatieer dit aan de minimale stroomvoortgang van het apparaat.

Afsluiting

In de praktijk zijn er verschillende manieren om een verzadigde transistor te identificeren. Tenslotte is dat de enige manier waarop een transistor als schakelaar werkt om een lage DC-spanning te regelen.

Ook komt het met vier werkingsmodi, en de voorwaarden verschillen voor NPN en PNP-transistors. Heb je vragen of opmerkingen over verzadigde transistors? Neem gerust contact met ons op.