Como os transistores BJT funcionam em um estado saturado?

Isto é o que eu sei sobre NPN BJTs (transistores de junção bipolar):

• A corrente do emissor base é amplificada vezes HFE no emissor-coletor, de modo que Ice = Ibe * HFE
• Vbeé a tensão entre o emissor-base e, como qualquer diodo, é geralmente em torno de 0,65V. Não me lembro Vec, no entanto.
• Se Vbefor menor que o limite mínimo, o transistor estará aberto e nenhuma corrente passará por nenhum de seus contatos. (ok, talvez alguns µA de corrente de fuga, mas isso não é relevante)

Mas ainda tenho algumas perguntas:

• Como o transistor funciona quando está saturado ?
• É possível ter o transistor em estado aberto, sob alguma condição que não seja Vbeinferior ao limite?

Além disso, sinta-se à vontade para apontar (em respostas) quaisquer erros que cometi nesta pergunta.

Pergunta relacionada:

• Não me importo com o funcionamento de um transistor, como faço para que um funcione?

Saturação significa simplesmente que um aumento na corrente base resulta em nenhum (ou muito pouco) aumento na corrente do coletor.

A saturação ocorre quando as junções BE e CB são polarizadas para a frente, é o estado de baixa resistência "On" do dispositivo. As propriedades do transistor em todos os modos, incluindo saturação, podem ser previstas a partir do modelo Ebers-Moll.

$I_{CE}$$I_{BE} \times h_{FE}$$I_{CE} \lt I_{BE} \times h_{FE}$$I_{BE} \gt I_{CE} \mathbin{/} h_{FE}$

Como o coletor de um NPN atuará como um coletor de corrente e, na saturação, o circuito externo não está fornecendo o máximo de corrente possível, a tensão do coletor será a mais baixa possível. Um transistor saturado normalmente possui cerca de 200mV CE, mas isso também pode variar muito pelo design do transistor e pela corrente.

Um artefato de saturação é que o transistor será lento para desligar. Existem taxas extras "não utilizadas" na base que demoram um pouco para serem drenadas. Isso não é muito científico e apenas descreveu a física dos semicondutores, mas é um modelo bom o suficiente para você ter em mente como uma explicação de primeira ordem.

Uma coisa interessante é que o coletor de um transistor saturado está realmente abaixo da tensão de base. Isso é usado com vantagem na lógica de Schottky. Um diodo Schottky é integrado ao transistor da base ao coletor. Quando o coletor fica baixo quando está quase saturado, ele rouba a corrente de base, que mantém o transistor exatamente na borda da saturação. A tensão no estado será um pouco maior, pois o transistor não está totalmente saturado. A vantagem é que isso torna a transição off mais rápida, pois o transistor está na região "linear" em vez de na saturação.

1. $h_{FE}$$V_{CE}$$V_{CEsat}$$0.2\mathrm V$$I_C$$I_B h_{FE}$$V_{CE}$$V_{CEsat}$

2. Por que você se importa de ter seu BJT em estado aberto, se não há corrente passando por ele? É como abrir a torneira sem água no cano: D

A resistência do emissor conectada significa que o transistor irá para a saturação, mas a resistência da base e a resistência do coletor permanecerão as mesmas. Depois de desenhar um circuito e calcular a corrente da base, obterá um bom resultado.