Перейти к содержанию

Напряжение насыщения (VCE(sat))

Открытый биполярный транзистор в режиме ключа не замыкает цепь накоротко: между коллектором и эмиттером остаётся небольшое напряжение — напряжение насыщения. От него зависят потери, нагрев и уровень логического нуля на выходе.

Обновлено Редакция GAW

Напряжение насыщения (collector-emitter saturation voltage, VCE(sat)) — падение напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого биполярного транзистора. В ключевом режиме транзистор открывают с избытком тока базы, и он входит в насыщение: дальнейшее увеличение тока базы почти не уменьшает падение, а ток коллектора задаёт уже нагрузка. Vishay описывает насыщение так: ток коллектора перестаёт линейно зависеть от управления, а напряжение коллектор–эмиттер становится минимальным.

Значение всегда указано при определённых токах коллектора и базы:

ПриборУсловияVCE(sat)
BC547 (onsemi)10 мА, база 0,5 мА0,09 В типично, до 0,25 В
BC547 (onsemi)100 мА, база 5 мА0,2 В типично, до 0,6 В
ULN2803C (TI), Дарлингтон100 мА0,9–1,1 В
ULN2803C (TI), Дарлингтон350 мА1,2–1,6 В
Оптопары Vishay—0,25 В типично, до 0,4 В
4N25 (Vishay)2 мА, светодиод 50 мАдо 0,5 В

Что из этого следует:

  • Ток базы задают с запасом. onsemi нормирует BC547 при отношении токов коллектора и базы 20 — намного меньше усиления транзистора. Если рассчитать ток базы впритык по типовому усилению, транзистор может не войти в насыщение, и падение вырастет до вольт.
  • Потери ключа — VCE(sat) · IC. Для BC547 при 100 мА это до 60 мВт — заметно для корпуса TO-92.
  • Дарлингтон не насыщается глубоко. Падение составной схемы — около вольта, поэтому ULN2003 и ULN2803 греются сильнее ключа на одиночном транзисторе или MOSFET при том же токе.
  • Логический ноль. Выход с открытым коллектором даёт ноль, равный VCE(sat): у оптопары до 0,4–0,5 В — это ещё ноль для КМОП-логики, но запас небольшой.

У полевых транзисторов аналогичную роль играет сопротивление канала: падение у них пропорционально току. Подробнее о транзисторах — в карточках BC547 и BC557 и ULN2003 и ULN2803.

Частые вопросы

Что такое напряжение насыщения транзистора?

Падение напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого биполярного транзистора. Транзистор в ключевом режиме открывают большим током базы, и это падение становится минимальным — десятые доли вольта. У BC547 по onsemi — до 0,25 В при токе 10 мА и до 0,6 В при 100 мА.

Почему в даташите VCE(sat) указан при определённом токе базы?

Потому что насыщение зависит от того, насколько ток базы больше нужного для данного тока коллектора. onsemi для BC547 задаёт условия с отношением токов 20: 10 мА в коллекторе при 0,5 мА в базе. При меньшем токе базы транзистор выйдет из насыщения, и падение вырастет, а с ним и нагрев.

Почему у ULN2003 падение около вольта?

Потому что это сборка Дарлингтона: выходной транзистор управляется другим транзистором и не может войти в глубокое насыщение — между его коллектором и эмиттером остаётся падение на переходе база–эмиттер плюс насыщение первого. По TI у ULN2803C — 0,9–1,1 В при 100 мА и до 1,6 В при 350 мА.

Источники

  1. onsemi. BC546B, BC547A, B, C, BC548B, C: Amplifier Transistors, NPN Silicon (BC546/D, Rev. 8, August 2021) — VCE(sat) 0,09 В типично и до 0,25 В при IC = 10 мА, IB = 0,5 мА; 0,2 и до 0,6 В при IC = 100 мА, IB = 5 мА; VBE(sat) 0,7 В при 10 мА
  2. Texas Instruments. ULN2803C Darlington Transistor Array (SLRS076B, revised September 2024) — разд. 5.5 — насыщение пары Дарлингтона 0,9–1,1 В при 100 мА и входном токе 250 мкА, 1–1,3 В при 200 мА, 1,2–1,6 В при 350 мА
  3. Vishay. Transistor Output Optocouplers: Frequently Asked Questions (doc. 84360, Rev. 1.0, 2016) — в. 7 — в режиме насыщения ток коллектора нелинеен, напряжение коллектор–эмиттер минимально; у оптопар Vishay обычно 0,25 В, до 0,4 В
  4. Vishay Semiconductors. 4N25, 4N26, 4N27, 4N28: Optocoupler, Phototransistor Output, with Base Connection (Document Number 83725, Rev. 1.8, 07-Jan-10) — VCE(sat) до 0,5 В при ICE = 2 мА и токе светодиода 50 мА

Нашли ошибку?

Смотрите также