
【电】 voltage saturation
tension; voltage
【化】 voltage
【医】 electric tension; voltage
saturation
【化】 equilibration; saturation
【医】 saturation
电压饱和(Voltage Saturation)是电力电子和半导体器件领域的重要概念,指器件在特定工作条件下输出电压无法随输入信号线性增加的现象。根据其物理机制可分为两类:
在双极型晶体管(BJT)中,当基极电流增大至临界值时,集电极-发射极电压(VCE)达到最低值且不再下降,此时集电极电流受外部电路限制。饱和电压VCE(sat)的典型值范围为0.05V至0.3V,计算公式为: $$ V_{CE(sat)} = V_T ln left( frac{I_C / IB + 1}{beta{forced}} right) $$ 其中VT为热电压(约26mV@25℃),βforced为强制电流放大系数。
在变压器或电感器中,当磁通密度达到材料饱和点(Bsat)时,磁导率急剧下降,导致:
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电压饱和是电子工程中的常见现象,指器件在特定条件下电压不再随电流或输入信号线性变化的临界状态。根据应用场景不同,可分为以下几类:
二极管饱和电压
当正向电流增大到一定程度时,硅二极管两端电压稳定在约0.7V,此时电压不再随电流明显增加。例如用电源串联电阻供电时,电流超过阈值后电压差趋于恒定。
三极管饱和区
三极管处于饱和状态时,集电极-发射极电压(Vce)达到最小值(约0.1-0.3V),此时集电极电流不再受基极电流控制。如NPN型三极管饱和时,集电极电压可能低于基极电压。
当运放输出电压达到电源电压极限(如±15V供电时输出接近±14V),输出信号被“削顶”无法继续放大,这种现象称为运放饱和。此时输出特性由电源电压决定,而非输入信号。
铁芯磁通达到饱和点后,励磁电流非线性剧增,导致互感器输出畸变。常见于电压/频率比过高时,例如50Hz互感器在25Hz下运行,半电压即可能引发饱和。
需特别说明,饱和电压并非固定值,实际应用中受温度、器件工艺等因素影响。例如同型号二极管在不同温度下,饱和电压可能有±0.1V偏差。
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