如何判断三极管是否饱和

1.如何判断三极管是否饱和?

三极管的主流作用是开关和放大。

开关电路中，工作点必须在饱和区和截止区之间来回切换。

放大电路中，则必须稳定在放大区内。

比较容易识别三极管的截止区，截止可以理解成关闭。 但是打开后的三极管却面临一个困境：两个区域相邻(饱和与放大)，这该如何区分呢?

判断是否进入饱和区的方法，其本质是矛盾分析法。 用法说明如下：

第一步，计算负载线上端点IC.SAT值，并假设三极管进入放大区。

第二步，计算电路基极电流IB，因为假设的是放大区，因此公式(1)仍然成立，并借此计集电极电流IC。

(1)

第三步，判断IC和IC.SAT是否矛盾，如果IC>IC.SAT，则矛盾，假设不成立。

通过以上三步，可以初步实现区分两个区域的目的。

2.如何进入三极管的深度饱和状态?

为什么说负载线约束了三极管的工作状态? 静态工作点为什么不是“静态”的? 一文中讨论了静态工作点和负载线。 得到的结论是：静态工作点在负载线上移动。 且受各种参数影响，三极管的饱和区、放大区会动态变化，这就导致静态工作点的落点不稳定。

因此，知道三极管的工作状态很重要。 特别的，对于工作在开关状态的三极管，我们不希望管子受到环境参数的影响而使得工作点产生漂移。

开关电路，三极管需要工作在可靠的饱和区中，即深度饱和。

曾有博文指出，三极管进入深度饱和区具有两个特征：IB很大或者IC很小。

我始终记不住，于是在前人的基础上结合自己理解绘制了下图：

1)临界饱和公式，图中编号①，本文第二次用到。

2)离放大区远一些不就更容易区分? 图中编号②

编号①是说，索性以电路设计的最大值IC.MAX(IC不变)，作为判断的临界值，并求出此时最大的基极电流。 那么保证实际IB远超临界IB好几倍，就一定是深度饱和-----即，做到IB很大。

编号②是说，从图形上看，工作点沿着饱和区曲线向下滑动，会远离放大区。 基于饱和区形状上窄下宽的特点，底部越宽则距离放大区越远，且该处的IC和VCE都很小----即，做到IC很小。

从上而下的滑动可以理解成，工作点在往“深处”滑动。

三极管进入深度饱和的两种方式：

其一，确保实际IB远大于饱和临界IB(基于IC.MAX)。

注：带入公式(1)的电流增益是放大区的增益，而实际饱和区的增益很小。 这也能解释，为什么深度饱和区的基极电流比临界值要大许多，实际分母很小。

其二，确保集电极电阻很大，使得IC和VCE很小(IB不变)，让工作点沿着饱和曲线向下滑动。

有一个取巧办法，就是当VBB=VCC时，可以通过使RB大于10倍的RC，使管子进入深度饱和状态。 但是在汽车电子中，三极管经常被用作各种电源的开关，并使用MCU的数字端口驱动。 意味着三极管的驱动端VBB通常是5V，而输出端VCC接的是12V，因此取巧之法无法使用。

最可靠的办法还是，先计算出饱和最大临界IB，然后在此基础上取数倍，使得折算后的电流增益远小于放大增益(10附近)，并以此为依据。

举一个例子，如下图，管子进入深度饱和，IB远大于IB.SAT.MAX，实际增益也远小于放大增益，VOUT稳定输出0V。