トランジスタの飽和状態とは

質問

トランジスタの飽和状態とはベースの信号（電流）によって要求される電力をC－E間電源の供給（負荷によって必要な電流を流す電圧）の限界を超えたような状態だと思っていますが・・。この飽和状態というのは何か非常に特別な状態なのでしょうか？
どうも理解があいまいなのでよろしくお願いします。

回答No.2

soramist · ベストアンサー

>この飽和状態というのは何か非常に特別な状態なのでしょうか？

動作特性直線上の最大コレクタ電流がわかります。

Fig2 Vce-Ic特性を見てください。
(長いアドレスなので見られないかもしれません。うまく見えなかったら再質問してください)
http://www.geocities.jp/a_story_of_circuits/html/2_1_emit/2_1_7_basic_of_sat.html

この図の下に、「赤丸のところが飽和領域です」と解説があります。

ここには５本のカーブ（ベース電流）が引かれていますが、例えば上から２番目のカーブの左側肩のところを一応、[0.2V,1.75mA]とします。
（電流値があまりにも小さいですが、ここではトランンジスタの動作について説明するので、一応読み取ったままにしておきます）

もし、電源電圧が[4V]なら、振幅は4V,0mAから、0.2V1.75mAにとることで、最大の出力が得られます。
すなわち、負荷抵抗RLは、
　RL=(4.0-0.2)V/(1.75-0)mA=2.17kΩ
を選んだとき最大出力が得られます。
動作基点はこの線上のほぼ中央、およそ[2V,0.9mA]に選びます。
つまり、トランジスタは入力ベース電流が振れるに従い、コレクタ電流は1.75mAから0mAの間を振れます。

ここで、このグラフを見ればおわかりかと思うのですが、左側肩のところは、「ジワーッと増幅率が落ちて」行きます。
これに対して、電流が0mAになるとき（コレクタ最大電圧時）は、一瞬にして「頭打ち」になります。
コレクタ電圧波形をオシロで見ていると、エミッタ接地では、上側はプツンと切れたように（いわゆるクリップ）なるのに対して、下側波形は山が潰れた形（いわゆる飽和の波形）になることが観測されます。

では、最大電流を２番目のカーブの飽和点に置くのでなく、１番上の飽和点に置けないでしょうか？
これは・・・
　1.その動作直線を採用することで、トランジスタの損失電力(W)が最大定格を超えることにならないか？
　2.その最大電流付近でも、そのトランジスタの増幅率(hFE)は直線性を保っているか？
によって決まります。
この２条件が満足されれば、更に小さい負荷直線上で動作させることが可能で、出力は更に大きくとることができます。

最後に、上記説明はトランジスタとその負荷抵抗だけについて解説（設計）しました。（いわゆる直流負荷）
実際には、この後にカップリングコンデンサを介し、実際の負荷が加わってきます。（交流負荷）
交流負荷が加わった結果、負荷線はより立ってきます。（負荷抵抗小）このときの最適動作基点は、オシロを見ながらカットアンドトライで決めます。

参考URL：

http://www.geocities.jp/a_story_of_circuits/html/2_1_emit/2_1_7_basic_of_sat.html

お礼

細かく考えると難しいですね。おそくなりましたが回答ありがとうございます。

回答No.1

semikuma

トランジスタの動作原理は、タンクの出口に柵を設け、その柵を上下させることで、流れ出る水の量を調整することに似ています。
飽和状態とは、これ以上柵を下げても、流れ出る水の量は変わらないよ、という状態です。

お礼

なるほど。そう考えるとわかりやすいですね。遅くなりましたが回答ありがとうございます。