Chế độ bão hòa của transistor

0
107

Chế độ bão hòa của transistor : Có một số cách để biết một transistor có bão hòa hay không. Điều rất quan trọng là nếu bạn thiết kế một transistor hoạt động như một công tắc thì nó phải hoạt động trong điều kiện bão hòa và cắt. Hoạt động ở mức cắt chỉ đơn giản là làm gián đoạn phân cực của transistor. Tuy nhiên hoạt động ở mức bão hòa không phải là dễ dàng. Bạn cần thực hiện một số tính toán, phép đo hoặc mô phỏng để các giá trị mạch đã chọn thực sự có thể bão hòa transistor. Tương tự như vậy, khi sử dụng transistor được vận hành như một mạch tuyến tính hoặc bộ khuếch đại, hoạt động của nó phải được đặt trong vùng hoạt động. Để transistor ở miền hoạt động cũng đòi hỏi nỗ lực và phân tích. Trong bài viết này, tôi sẽ chia sẻ cho bạn các phương pháp hoặc cách làm thế nào để biết một transistor có bão hòa hay không.

Xem thêm : Tổng hợp kiến thức về transistor

Làm thế nào để biết Chế độ bão hòa của transistor – Thông qua thử nghiệm thực tế

Bạn có thể kết luận hoạt động của transistor nó có bão hòa hay không bằng cách thực hiện phép đo thực tế. Theo dõi điện áp C-E của mạch của bạn bằng DMM. Nếu giá trị đọc dưới 0,3V, transistor ở mức bão hòa. Các transistor có dải điện áp bão hòa từ 0,7V trở xuống nhưng đối với mạch được thiết kế cho chế độ bão hòa cứng, VCE sẽ thấp hơn. Hình dưới đây là thiết lập về cách đo điện áp C-E của transistor trong mạch.

 Chế độ bão hòa của transistor
Thiết lập đo lường VCE

Phương pháp này không thực tế chút nào. Còn về việc bạn mới bắt đầu dự án, đừng nói với tôi rằng bạn sẽ xây dựng một mạch thực tế sau đó đo VCE và bạn làm điều này với tất cả các mạch có BJT trong dự án của bạn? Điều này sẽ không có ý nghĩa. Và mất công sức và thời gian thì cách làm này cũng tốn kém. Bạn cần mua bảng mạch , dây điện và các phụ kiện khác ngoài đó. 

Làm thế nào để biết Chế độ bão hòa của transistor – Thông qua mô phỏng

Điều này có ý nghĩa hơn so với phương pháp đầu tiên. Bằng cách thực hiện mô phỏng, bạn có thể xác định hoạt động của mạch của bạn. Bạn có thể đặt một đầu đo điện áp ở C-E và sau đó chạy mô phỏng.

Không phải tất cả các loại transistor đều có trong thư viện và với mô hình có sẵn. Giả sử bạn chỉ sử dụng mô phỏng mạch bằng phần mềm miễn phí như LTSpice , bạn vẫn cần tạo một transistor nếu không có trong thư viện được tích hợp sẵn. Xây thư viện transistor không phải là đơn giản đối với bất kỳ ai lần đầu tiên sử dụng nó.

Làm thế nào để biết một transistor có bão hòa hay không – Thông qua tính toán

Đây là cách đã được dạy ở trường học không cần chi phí và không có giới hạn như tính sẵn có của phần mô phỏng. Tất cả những gì bạn phải lấy là bảng dữ liệu của transistor. Tuy nhiên, tôi sẽ cho bạn biết nhược điểm của cách kiểm tra này; điều này sẽ cần kiến ​​thức về điện tử và kỹ năng phân tích. Nhưng đừng lo lắng, tôi sẽ dạy bạn làm thế nào.

Có hai cách để biết một transistor có bão hòa hay không. Kỹ thuật đầu tiên là giả định rằng hoạt động của mạch ở mức bão hòa. Phương pháp thứ hai là theo cách khác; giả sử rằng hoạt động của mạch là tuyến tính.

Phương pháp 1: Giả sử mạch ở mức bão hòa

Với phương pháp này, ban đầu chúng ta sẽ giả định rằng mạch đang bão hòa. Sau đó, chúng ta sẽ giải quyết độ lợi tối đa của mạch hoặc beta sau đó so sánh nó với độ lợi dòng điện tối thiểu của thiết bị. Nếu beta mạch tối đa được tính toán nhỏ hơn beta tối thiểu của thiết bị, thì có, giả định là đúng; transistor hoạt động ở mức bão hòa. Nếu không, nó đang hoạt động ở chế độ tuyến tính.

Ví dụ 1:

Hãy áp dụng kỹ thuật này trong mạch dưới đây.

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 1. Tính toán dòng Ic

Vì chúng ta sẽ giả định rằng mạch ở trạng thái bão hòa, dòng điện cực C  được quy định bởi giá trị của điện trở Rc.

 Chế độ bão hòa của transistor

Bạn có thể bao gồm giá trị điện áp bão hòa của transistor nếu bạn muốn bằng cách lấy nó trong biểu dữ liệu. Nếu bạn làm như vậy, dòng điện sẽ là :

 Chế độ bão hòa của transistor

VCEsat nằm trong khoảng từ 0,7V trở xuống tùy thuộc vào transistor.

Bước 2. Tính toán dòng điện cơ bản

Vì giá trị của Vbb là 10V,

Tiếp giáp B-E chắc chắn sẽ được phân cực thuận và dòng điện Ib là

 Chế độ bão hòa của transistor

(VBE cho bóng bán dẫn BC817-25 có giá trị điển hình là 0,7V)

Bước 3. Tính toán độ lợi

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 4. So sánh Beta của mạch với bản Beta của transistor tối thiểu

Đối với bóng bán dẫn BC817-25, beta tối thiểu là 160. Do đó, beta tối đa được tính toán rất nhỏ hơn beta thiết bị tối thiểu, chắc chắn bóng bán dẫn đang hoạt động ở mức bão hòa.

Bây giờ, chúng ta hãy quay trở lại vấn đề tại sao không bao gồm VCEsat lại có lợi. Quay lại với nhận định, transistor sẽ bão hòa nếu mối quan hệ dưới đây là đúng:

 Chế độ bão hòa của transistor

Nếu không bao gồm VCEsat, thì beta mạch điện toán thực sự là giá trị tối đa. Nếu tiêu chí này đúng mà không có VCEsat, thì không nghi ngờ gì nữa, nó sẽ đúng với VCEsat. Không bao gồm điện áp bão hòa sẽ không làm tăng chi phí BOM, nhưng nó có thể cung cấp lợi nhuận cho thiết kế.

Xác minh thông qua mô phỏng

Từ kết quả mô phỏng, VCE chỉ khoảng 16mV. Đối với transistor BC817-25, chỉ số VCE dưới 700mV đã được coi là bão hòa. Trong khi đó, dòng Ic là khoảng 20mA.

 Chế độ bão hòa của transistor

Ví dụ 2:

Sử dụng mạch tương tự nhưng thay đổi Rb thành 200kΩ.

Bước 1. Dòng điện cực C

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 2. Tính toán dòng điện Ib

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 3. Tính toán độ lơi (Beta)

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 4. So sánh Beta của mạch với bản Beta của transistor tối thiểu

 Chế độ bão hòa của transistor

Dựa trên kết quả, tiêu chí trên không được đáp ứng vì 438.596 lớn hơn 160. Do đó, bóng bán dẫn không bão hòa (hoạt động tuyến tính).

Giá trị beta được tính toán lớn hơn beta của transistor. Trong mạch thực tế, điều này có thể xảy ra? Câu trả lời là không. Khi một transistor hoạt động ở chế độ tuyến tính, beta của mạch sẽ luôn tuân theo độ lợi dòng điện của transistor được chỉ định trong biểu dữ liệu. 438.596 được tính toán chỉ là kết quả của các giá trị và điều kiện mạch cung cấp. Hãy nhớ rằng chúng ta giả định rằng mạch đang hoạt động ở mức bão hòa, bằng cách sử dụng dòng bão hòa, beta yêu cầu là rất cao và với điều này transistor cần phải hoạt động trong vùng tuyến tính để tránh đạt đến dòng điện đó và duy trì độ lợi dòng điện cụ thể.

Trong phương pháp trên, chúng tôi sử dụng beta của transistor tối thiểu để so sánh. Giá trị beta transistor có phạm vi rộng như được chỉ định trong biểu dữ liệu. Ví dụ một transistor BC817-25, phạm vi khuếch đại dòng thường là 160-400. Vậy tại sao không sử dụng ở giữa các giá trị hoặc 400? Hãy để tôi trả lời theo cách này; khi hệ số beta mạch điện toán của bạn là 200 và sau đó bạn so sánh với 400 thì tiêu chí vẫn đúng và sau đó bạn kết luận rằng bóng bán dẫn đang bão hòa. Tuy nhiên, nếu beta thực tế cho transistor ở giới hạn tối thiểu (160), thì thiết kế của bạn sẽ gặp rắc rối. Mạch của bạn hoạt động ở chế độ hoạt động thay vì bão hòa như mong đợi. Vì vậy, bằng cách sử dụng beta tối thiểu.

Xác minh thông qua mô phỏng

Từ kết quả mô phỏng, VCE là khoảng 4,6V, cao hơn VCEsat của bất kỳ transistor nào. Không nghi ngờ gì nữa, mạch đang ở chế độ hoạt động. Mặt khác, dòng điện Ic là khoảng 15mA. Đây là dòng điện thực tế trên mạch có hoạt động tích cực. Dòng điện Ic mà chúng ta đã tính ở trên là 20mA không phải là dòng điện thực vì mạch không hoạt động ở mức bão hòa.

 Chế độ bão hòa của transistor

Trong phương pháp này, khi tiêu chí dưới đây là đúng, dòng điện cực C được tính toán là dòng điện Ic mạch thực tế. Nếu khác, dòng điện Ic được tính toán phải được tính toán lại bằng cách sử dụng phân tích tuyến tính.

 Chế độ bão hòa của transistor

Phân tích tuyến tính là công việc chúng tôi thường làm ở trường đại học, qua đó chúng tôi tính dòng điện của bộ Ic bằng cách sử dụng giá trị beta của transistor nhất định. Phân tích này sẽ được đề cập trong phương pháp 2 dưới đây.

Phương pháp 2: Giả sử mạch đang hoạt động trong vùng tuyến tính

Trong phương pháp này, chúng ta sẽ giả định rằng hoạt động của transistor là tuyến tính. Nếu mạch thực sự hoạt động trong vùng tuyến tính, tiêu chí dưới đây phải đúng:

 Chế độ bão hòa của transistor

Ví dụ 3 – Chế độ bão hòa của transistor 

Sử dụng mạch tương tự với Ví dụ 1 (được vẽ lại bên dưới), xác định hoạt động của mạch bằng cách sử dụng phương pháp 2.

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 1: Tính toán dòng điện Ib

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 2: Tính toán dòng điện Ic

Vì ở đây, chúng tôi giả định rằng hoạt động ban đầu là tuyến tính, dòng điện Ic phải được tính bằng cách sử dụng giá trị beta của transistor. Ở hoạt động tuyến tính, beta của mạch được xác định bởi beta của transistor. Ngoài ra, chúng tôi sẽ xem xét bây giờ là beta transistor tối đa vì điều này có thể cung cấp dòng điện cực đại cho Cực C. Ta sẽ chọn 300 cho giá trị beta của transistor.

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 3: Tính toán VCE mạch tối thiểu

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 4: So sánh VCE mạch tối thiểu với VCE tối đa của thiết bị

-2770V thấp hơn nhiều so với VCEsat tối đa của BC817-25 là khoảng 0,7V. Tiêu chí dưới đây không được thỏa mãn. Do đó, transistor đang bão hòa.

 Chế độ bão hòa của transistor

Tôi muốn đề cập đến điều này. VCE mạch thực tế không thể âm vì mạch không có nguồn cung cấp âm. Giá trị âm sẽ được nối đất. Kết quả tính toán chỉ cho biết mức độ bão hòa của mạch.

Tại sao lại sử dụng beta transistor tối đa ? Đó là bởi vì nó có thể cung cấp một dòng điện cực đại và VCE mạch tính toán là giá trị nhỏ nhất. Tôi sẽ sử dụng  beta tối thiểu hoặc bất kỳ giá trị nào giữa phạm vi tối thiểu và tối đa. Khi bạn định sử dụng beta transistor tối thiểu và sau đó bạn nhận được VCE mạch ở 1V chẳng hạn. Sau đó, bạn sẽ kết luận rằng tiêu chí là đúng và mạch thực sự hoạt động ở vùng tuyến tính. Còn nếu beta của transistor thực sự nằm trong giới hạn trên, thì  VCE  cảu mạch sẽ xuống dưới 1V và đi vào vùng bão hòa.

Ví dụ 4 – Chế độ bão hòa của transistor 

Sử dụng mạch tương tự với Ví dụ 3 nhưng thay đổi giá trị của Rb thành 200kΩ, xác định hoạt động của mạch bằng cách sử dụng phương pháp 2.

Bước 1: Tính toán dòng điện Ib

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 2: Tính toán dòng điện Ic

 Chế độ bão hòa của transistor

(thiết bị beta là 300 như được sử dụng trong ví dụ 3 ở trên)

Bước 3: Tính toán VCE mạch tối thiểu

 Chế độ bão hòa của transistor

Bước 4: So sánh VCE mạch tối thiểu với VCE tối đa của transistor

VCE tối thiểu của mạch vẫn cao hơn điện áp bão hòa tối đa của transistor và đáp ứng tiêu chí dưới đây. Không nghi ngờ gì nữa, mạch hoạt động trong vùng tuyến tính.

 Chế độ bão hòa của transistor

Vì mạch đang hoạt động trong vùng tuyến tính,
dòng điện Ic được tính toán là dòng điện Ic của mạch thực tế khi xem xét beta vẫn là 300. Khi bạn thực hiện mô phỏng, Giá trị của transistor mà sử dụng giá trị beta nằm trong phạm vi tối thiểu và tối đa, vì vậy bạn có thể nhận được kết quả hơi khác với dòng điện thu ở trên và VCE. 

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here