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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sättigung - was ist darunter zu verstehen ?


Autor: Simon_L (Gast)
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Hi liebe Leut  -  eine Frage:

In Wikipedia steht:

"Sättigungsbereich:

    Der Sättigungsbereich wird auch Sättigungsbetrieb oder Sättigung 
genannt. Beide pn-Übergänge leiten, in der Basiszone befinden sich 
jedoch mehr Ladungsträger als für den Kollektorstrom benötigt werden.
    Der Kollektorstrom IC ist unabhängig vom Basisstrom IB. Der 
Transistor entspricht einem geschlossenen Schalter mit konstantem 
Durchgangswiderstand (Linker Bereich im Ausgangskennlinienfeld)."


heißt das, dass ich z.B. an einen npn Transistor dann - + -  ( E B C) 
anschließen muss, um den in "Sättigung" zu betreiben.

Den Vergleich mit den geschlossenen Schalter verstehe ich nicht  -  der 
Strom der aus Collektor und Emitter kommt muss nun durch die Basis raus 
- was macht das dann für einen Sinn

please help me ;)

Lieben Gruß

Simon_L

Autor: Simon_L (Gast)
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aahh,  heißt das eigentlich nur, dass UBE  > als UCE sein muss -  also 
der Zustand, den man in der Praxis als "Leitend"  ansieht ?  -  oder 
mache ich mir das zu leicht :-?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Ib*hfe>Ic wenn ich mich nicht irre.

Autor: Sebastian B. (mircobolle)
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Grias di,

also bei einem NPN-Transistor (Pfeil zeigt von der Mitte weg!)
Muss die Basis-Emitter (UBE) einen gewisse Schwellspannung überschreiten 
damit der Transistor leitend wird.

Einfach ausgedrückt:
UBE = 0.0 V --> Schalter offen
UBE > 0.7 V --> Schalter geschlossen

dieser "Schalter" befindet sich im Collector-Emitter Zweig.
Wird der Schalter geschlossen fließt ein Strom (Ic) durch den Collector 
zum Emitter.

(Natürlich fließt dann auch ein Basisstrom Ib, aber der spielt für 
"Schalterbetrachtung" erstmal keine Rolle).

Bei dieser Transistorschaltung musst du dich nur darum kümmern, dass UBE 
größer ca. 0.7 V ist (aber auch nicht zu groß, max. 5 V, ist aber typ 
abhängig -> ins datenblatt schauen)...

Es gibt eine Sättigungsspannung für UCE...
steuert dein Transistor voll durch... also Schalter offen... fließt ja 
ein Strom.. zwischen Collector und Emitter kannst du eine Spannung 
messen... dies ist bei voller Aussteuerung die Sättigungsspannung.. 
typisch 0.3 V

aber solche Daten sind besser dem Datenblatt des spezifischen 
Transistors zu entnehmen.

Als wichtige Kenngröße sei noch Ptot (Leistung) genannant, die dein 
Transistor verkraftet..

Einfach ausgedrückt:
Dies Kenngröße limitiert deine Versorgungsspannung in Abhängigkeit der 
abfallenden Spannung über R_Last und des Stroms Ic.

Ptot > Ic * Spannung über Transistor... (Uce)..

hoffe ich konnte helfen,

gruß

Autor: Simon_L (Gast)
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hey Sebastian, aber klar vielen Dank

ich arbeite mich gerade durch die ganzen Kennlinien etc. durch, weil ich 
das sauinteressant finde  - und da hilft einfach das Ebers-Moll Modell 
super weiter  - ich glaub, ich bin da auf dem wichtigen Weg ;)

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Bei dieser Transistorschaltung musst du dich nur darum kümmern, dass UBE
>größer ca. 0.7 V ist (aber auch nicht zu groß, max. 5 V, ist aber typ
>abhängig -> ins datenblatt schauen)...

Das ist Unsinn.

Der Bipolartransistor ist stromgesteuert. Das heißt, Ursache allen 
Tuns und Lassens (Sperren oder nicht) eines solchen Transistors ist der 
Basisstrom!

Ich würde Sättigung mal so definieren:

B*Ib > Ice

Wenn der Basistrom mal Stromverstärkung ( = maximal möglicher 
Kollektorstrom) größer ist als der tatsächlich fließende 
Kollektorstrom, dann ist der Transistor gesättigt.

PS: Die 0,7V Ube entstehen, weil der Basisstrom durch einen pn-Übergang 
fließt.

Autor: Sebastian B. (mircobolle)
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>Bei dieser Transistorschaltung musst du dich nur darum kümmern, dass UBE
>größer ca. 0.7 V ist (aber auch nicht zu groß, max. 5 V, ist aber typ
>abhängig -> ins datenblatt schauen)...

>Das ist Unsinn.

>Der Bipolartransistor ist stromgesteuert. Das heißt, Ursache allen
>Tuns und Lassens (Sperren oder nicht) eines solchen Transistors ist der
>Basisstrom!

>Ich würde Sättigung mal so definieren:

>B*Ib > Ice


Das stimmt natürlich, dass es auf den Basis-Strom ankommt.
Beispiel Ib = 0.5 mA und Ic=10 mA bei U_CE(Sättigung) = 0.3 V
(Die Daten entstammen aus dem Datenblatt des BCR146)

Ich würde Sättigung so definieren:
Eine Erhöhung der Steuerspannung oder des Steuerspannungsstromes bewirkt 
keine nennenswerte Änderung des Ausgangssignals.

Befindet sich der Transistor in Sättigung, ist die 
Kollektor-Emitter-Spannung minimal und kleiner als seine 
Basis-Emitter-Spannung UBE.
Die Sättigungsspannung U_{CE_{sat}} beträgt bei Bipolar-Transistoren ca. 
0,3 V.

Ein Transistor wird bewusst in Sättigung betrieben, wenn dieser als 
Schalter eingesetzt wird.

Autor: Sebastian B. (mircobolle)
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>Ich würde Sättigung mal so definieren:

>B*Ib > Ice

>Wenn der Basistrom mal Stromverstärkung ( = maximal möglicher
>Kollektorstrom) größer ist als der tatsächlich fließende
>Kollektorstrom, dann ist der Transistor gesättigt.

Der Transistor arbeitet als Stromverstärker... klar

Nach deiner Definition ist der Transistor gesättigt, wenn der 
theoretische Wert über dem tatsächlichen Ic Wert liegt?

Das versteh ich nicht...

Sättigung heißt für mich (umgangssprachlich):

"Wenn das Ding gesättigt ist, kannst du am Regler (Ib) drehen so viel 
wie du willst, der Ausgang hängt schon am Anschlag (Sättigung)... Mehr 
geht halt net, dass Ding is OFFEN und mehr als total OFFEN geht nicht!"

so viel zu abgehobenen Definitionen :P

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>"Wenn das Ding gesättigt ist, kannst du am Regler (Ib) drehen so viel
>wie du willst, der Ausgang hängt schon am Anschlag (Sättigung)... Mehr
>geht halt net, dass Ding is OFFEN und mehr als total OFFEN geht nicht!"

Wenn du das Wort OFFEN durch GESCHLOSSEN ersetzt, stimme ich dir zu:

Du kannst Ib soweit erhöhen, wie du willst. Deswegen fließt auch nicht 
mehr Ic, weil die Last einfach nicht mehr braucht.
Also gilt B*Ib > Ic. Ab dem Moment ist der Tr übersteuert.

Autor: Sebastian B. (mircobolle)
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>Wenn du das Wort OFFEN durch GESCHLOSSEN ersetzt, stimme ich dir zu:

Wir scheinen uns ja jetzt schon (fast) einig zu sein... ;-)

Also in meiner Vorstellung ist ein NPN Transistor ein Strom-Regler, der 
durch den Basis Strom gesteuert wird. So weit so gut...

Nun stelle ich mir vor, wenn ich den Basis-Strom erhöhe, dass dann auch 
der Kollektor-Strom entsprechend größer wird...

der Kollektor-Emitter weg wird weiter "geöffnet" es kann mehr Strom 
fließen... deshalb habe ich OFFEN geschrieben.
Hier ein schönes Bild aus Wikipedia dazu:
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Transistor_animation.gif

wir müssen hier etwas mit den Definitionen aufpassen.
Natürlich ist der Transistor als "Schalter" in diesem Fall 
"geschlossen". Das hast du gemeint... deshalb wäre GESCHLOSSEN hier auch 
richtig ;-) aber nur in einer anderen Definition.

Ich hatte zu Beginn das Beispiel mit dem Schalter gebracht, dieser kommt 
natürlich nur in die Sättigung, wenn der Schalter geschlossen ist... 
sonst fließt ja bekanntermaßen auch kein Strom..

Aber es gibt ja noch mehr Anwendungen eines Transistors als ihn als ihn 
nur als Schalter zu benutzen...

was für das Verständnis als nächster Schritt ganz gut ist, wäre z.B. 
eine Konstant-Stromquelle durch einen Transistor zu realisieren.
Nach dem  "Transistor als Schalter" auch ganz lehrreich.!

gruß
sebastian

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Sebastian,

> Einfach ausgedrückt:
> UBE = 0.0 V --> Schalter offen
> UBE > 0.7 V --> Schalter geschlossen
>
> dieser "Schalter" befindet sich im Collector-Emitter Zweig.
> Wird der Schalter geschlossen fließt ein Strom (Ic) durch den Collector
> zum Emitter.
>
> (Natürlich fließt dann auch ein Basisstrom Ib, aber der spielt für
> "Schalterbetrachtung" erstmal keine Rolle).
>
> Bei dieser Transistorschaltung musst du dich nur darum kümmern, dass UBE
> größer ca. 0.7 V ist (aber auch nicht zu groß, max. 5 V, ist aber typ
> abhängig -> ins datenblatt schauen)...

ich denke, Du hast die Steuerung des Transistors nicht genau verstanden, 
auch wenn Du sagst, es sei Dir klar, daß der Transistor über den 
Basisstrom gesteuert wird.

Ich will es daher einmal anders ausdrücken:
An der Basis des Transistors befindet sich eine Stromquelle, keine 
Spannungsquelle! Das anfänglich Verwirrende dabei ist, daß der 
Transistor (genauer: die Basis-Emitter-Diode) selbst Teil dieser 
Stromquelle ist.

Die Stromquelle setzt sich zusammen aus:
- Spannungsquelle UB
- Basiswiderstand RB und
- BE-Diode im Transistor

                     ___ UC (Gleichspannung)
                     |
                     |
                     RC
                     |
                    _|
              IB   |
    o---- RB ->----|
    UB             |_
                     v
                     |
                     |_____ Masse


Genauer gesagt handelt es sich um eine spannungsgesteuerte Stromquelle, 
die über UB gesteuert wird.

Für UB < UBEX gilt: IB = 0. Die Stromquelle ist auf 0 Ampere 
eingestellt.
Für UB > UBEX (0,7V) gilt: IB = (UB-UBEX)*RB.


Um den Unterschied herauszuarbeiten:
- Du willst UBE einstellen.
- Ich will UBE nicht einstellen, sondern nur die Spannung über der
  Serienschaltung aus RB und der BE-Diode. Der Grund ist, daß UBE sich
  nicht einstellen läßt, sondern als Diodenflußspannung in erster 
Näherung
  konstant ist. Was Du einstellen kannst, ist IB.

Wenn Du IB eingestellt hast, erlaubt IB dem Transistor, maximal  IC = 
B*IB an Strom zu führen.

Sofern die Kollektorschaltung diesen Stromfluß erlaubt, ist der 
Transistor noch nicht in Sättigung.

Wenn die Kollektorbeschaltung (RC) in Verbindung mit der Gleichspannung 
jedoch bewirkt, daß IC < B*IB ist, dann ist der Transistor in Sättigung:
Du kannst IB zwar noch erhöhen, aber am Kollektorstrom tut sich nichts 
mehr, weil er schon am Anschlag ist.

Maximal fließt an Kollektorstrom: (U-UCEX)/RC.


UBEX = Flußspannung der BE-Diode (0,7V)
UCEX = Kollektor-Emitter Sättigungsspannung (0,3...0,35 V)


Gruß,
  Michael

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Sebastian B. (Firma cD) (mircobolle)

>Ich würde Sättigung so definieren:
>Eine Erhöhung der Steuerspannung oder des Steuerspannungsstromes bewirkt
>keine nennenswerte Änderung des Ausgangssignals.

Kann man so gelten lassen.

>Befindet sich der Transistor in Sättigung, ist die
>Kollektor-Emitter-Spannung minimal und kleiner als seine
>Basis-Emitter-Spannung UBE.
>Die Sättigungsspannung U_{CE_{sat}} beträgt bei Bipolar-Transistoren ca.
>0,3 V.

Kann man so NICHT gelten lassen.

Die Kollektor-Emitter Spannung ist in erster Linie UNABHÄNGIG von der 
Basis-Emitterspannung. Und die Sättigungsspannung ist beim 
Bipolartransistor typabhängig, von 10mV .. einige Volt.

>Ein Transistor wird bewusst in Sättigung betrieben, wenn dieser als
>Schalter eingesetzt wird.

Naja, streng genommen auch nicht. ECL ist ungesättigt und denoch 
digital=Schalter ;-)

MfG
Falk

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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_Um ein weiteres Mißverständnis auszuräumen_:
In der obigen Schaltung darf UB durchaus auch 1000 V oder 10.000 V groß 
sein. Es gibt da prinzipiell keine Beschränkung auf 5V, und das 
Datenblatt äußert sich dazu natürlich auch nicht.

Das Entscheidende ist, daß IB sich in einem für den Transistor 
verträglichen Rahmen bewegt.

Wenn Du 1000V anlegst und RB=1MEG wählst, fließt IB=1E3/1E6=1mA.
Das hält der Transistor gut aus. An ihm fällt nämlich an der Basis dann 
nur eine Leistung von

P_Transistor = 1mA * 0,7V = 0,7mW ab.

Die Leistung am Widerstand beträgt:

P_R = (999,3)^2/1E6 = 1E6/1E6 = 1W

Da mußt Du dann schon einen etwas größeren Widerstand als die normalen 
1/4 oder 1/8 Watt Exemplare auswählen.

Autor: Jonny Obivan (-geo-)
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Ube und Ib sind über eine entsprechende Kennlinie miteinander untrennbar 
verknüpft. Wenn ich einen Vorwiderstand davorschalte ändert sich daran 
nicht das Geringste. Wenn ich von Ub rede, ist das natürlich etwas 
anderes.

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