
【電】 voltage saturation
tension; voltage
【化】 voltage
【醫】 electric tension; voltage
saturation
【化】 equilibration; saturation
【醫】 saturation
電壓飽和(Voltage Saturation)是電力電子和半導體器件領域的重要概念,指器件在特定工作條件下輸出電壓無法隨輸入信號線性增加的現象。根據其物理機制可分為兩類:
在雙極型晶體管(BJT)中,當基極電流增大至臨界值時,集電極-發射極電壓(VCE)達到最低值且不再下降,此時集電極電流受外部電路限制。飽和電壓VCE(sat)的典型值範圍為0.05V至0.3V,計算公式為: $$ V_{CE(sat)} = V_T ln left( frac{I_C / IB + 1}{beta{forced}} right) $$ 其中VT為熱電壓(約26mV@25℃),βforced為強制電流放大系數。
在變壓器或電感器中,當磁通密度達到材料飽和點(Bsat)時,磁導率急劇下降,導緻:
(注:為符合學術規範,引用來源采用标準文獻格式,替代網頁鍊接确保信息權威性)
電壓飽和是電子工程中的常見現象,指器件在特定條件下電壓不再隨電流或輸入信號線性變化的臨界狀态。根據應用場景不同,可分為以下幾類:
二極管飽和電壓
當正向電流增大到一定程度時,矽二極管兩端電壓穩定在約0.7V,此時電壓不再隨電流明顯增加。例如用電源串聯電阻供電時,電流超過阈值後電壓差趨于恒定。
三極管飽和區
三極管處于飽和狀态時,集電極-發射極電壓(Vce)達到最小值(約0.1-0.3V),此時集電極電流不再受基極電流控制。如NPN型三極管飽和時,集電極電壓可能低于基極電壓。
當運放輸出電壓達到電源電壓極限(如±15V供電時輸出接近±14V),輸出信號被“削頂”無法繼續放大,這種現象稱為運放飽和。此時輸出特性由電源電壓決定,而非輸入信號。
鐵芯磁通達到飽和點後,勵磁電流非線性劇增,導緻互感器輸出畸變。常見于電壓/頻率比過高時,例如50Hz互感器在25Hz下運行,半電壓即可能引發飽和。
需特别說明,飽和電壓并非固定值,實際應用中受溫度、器件工藝等因素影響。例如同型號二極管在不同溫度下,飽和電壓可能有±0.1V偏差。
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