Teori Bipolar Junction Transistor (BJT)

How Does a Transistor Work? (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Teori Bipolar Junction Transistor (BJT)

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar, memilih nilai resistor yang cukup tinggi untuk merosakkan komponen aktif.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Apabila pelajar pertama kali belajar tentang peranti semikonduktor, dan kemungkinan besar akan merosakkannya dengan membuat sambungan yang tidak betul dalam litar mereka, saya cadangkan mereka bereksperimen dengan komponen watt besar yang besar (1N4001 dioda membetulkan, TO-220 atau TO-3 transistor kuasa kes, dan sebagainya), dan menggunakan sumber kuasa bateri sel kering dan bukannya bekalan kuasa benchtop. Ini mengurangkan kemungkinan kerosakan komponen.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter (di hujung tinggi) dan untuk mengelakkan burnout burnout (pada akhir rendah). Saya cadangkan perintang antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Pelesapan kuasa transistor diberikan oleh persamaan berikut:

P = I C  V CE + V BE


β

 

Manipulate persamaan ini untuk menyelesaikan beta, memandangkan semua pembolehubah lain.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

β = V BE


P


I C

- V CE

Nota:

Walaupun persoalan ini pada dasarnya tidak lebih dari satu latihan dalam manipulasi algebra, ia juga menjadi peneraju yang baik dalam perbincangan mengenai pentingnya pelesapan kuasa sebagai penarafan peranti semikonduktor.

Suhu tinggi adalah sengal daripada kebanyakan semikonduktor, dan suhu tinggi disebabkan oleh pelesapan kuasa yang berlebihan. Contoh klasik ini, walaupun sedikit bertarikh, adalah kepekaan suhu transistor germanium asal. Peranti ini sangat sensitif terhadap haba, dan akan gagal dengan cepat jika dibenarkan terlalu panas. Jurutera reka bentuk negeri pepejal perlu berhati-hati dalam teknik yang mereka gunakan untuk litar transistor untuk memastikan transistor germanium sensitif mereka tidak akan mengalami "pelarian terma" dan memusnahkan diri mereka.

Silikon lebih memaafkan maka germanium, tetapi haba masih menjadi masalah dengan peranti ini. Pada masa penulisan ini (2004), terdapat kerja pembangunan yang menjanjikan pada teknologi transistor silikon karbida dan galium nitrida, yang dapat berfungsi di bawah suhu lebih tinggi daripada silikon.

Soalan 3

Katakan kita hanya tahu arus pemancar dan pangkalan untuk transistor operasi dan ingin mengira β dari maklumat itu. Kami memerlukan definisi beta cast dari segi I E dan I B bukan I C dan I B.

Gunakan penggantian algebra ke formula β = ((I C ) / (I B )) supaya beta (β) ditakrifkan dari segi I E dan I B. Anda mungkin mendapati persamaan berikut membantu dalam kerja anda:

I E = I C + I B

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

β = I E


Saya b

- 1

Nota:

Persoalan ini tidak lebih daripada latihan dalam manipulasi algebra.

Soalan 4

Parameter transistor persimpangan bipolar mirip dengan β ialah "alpha, " yang dilambangkan oleh huruf Yunani α. Ia ditakrifkan sebagai nisbah antara arus pengumpul dan arus pemancar:

α = I C


I E

Gunakan penggantian algebra ke formula ini supaya alpha ditakrifkan sebagai fungsi beta: α = f (β). Dengan kata lain, gantikan dan memanipulasi persamaan ini sehingga anda mempunyai alpha dengan sendirinya pada satu sisi dan tiada pembolehubah kecuali beta pada yang lain.

Anda mungkin mendapati persamaan berikut membantu dalam kerja anda:

β = I C


Saya b

I E = I C + I B

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

α = β


β + 1

Soalan susulan: apa julat nilai yang anda jangkakan untuk α, dengan transistor tipikal?

Nota:

Persoalan ini tidak lebih daripada latihan dalam manipulasi algebra.

Soalan 5

Seorang juruteknik menggunakan fungsi "pemeriksaan diod" multimeter untuk mengenal pasti terminal di BJT. Terdapat hanya dua tempat di mana bacaan yang tidak terhingga diperolehi, dan ia adalah seperti berikut:

Dari pengukuran ini, tentukan jenis BJT ini (PNP atau NPN) dan kenalpasti ketiga-tiga terminal.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Ia adalah kemahiran yang sangat berguna untuk dapat mengenal pasti BJT menggunakan lebih daripada fungsi "pemeriksaan diod" pada multimeter.

Soalan 6

Pengaliran arus elektrik melalui terminal pemungut transistor persimpangan bipolar memerlukan pembawa minoriti "disuntik" ke dalam rantau asas oleh aras pemancar asas. Hanya selepas disuntik ke rantau asas, pembawa caj ini akan disapu ke arah pemungut oleh voltan yang digunakan antara pemancar dan pemungut untuk membentuk arus pengumpul:

Analogi untuk membantu menggambarkan ini adalah orang yang melemparkan kelopak bunga ke udara di atas kepala mereka, sementara angin membawa kelopak melintang dari mereka. Tidak ada kelopak bunga yang mungkin dibuang "oleh angin sehinggalah orang itu melepaskannya ke udara, dan halaju angin tidak mempunyai kesan terhadap berapa banyak kelopak bunga yang tersapu dari orang itu, kerana mereka mesti dibebaskan dari cengkaman orang sebelum mereka boleh ke mana sahaja.

Dengan merujuk sama ada rajah tenaga atau analogi bunga bunga, jelaskan mengapa arus pengumpul untuk BJT sangat dipengaruhi oleh arus asas dan hanya lemah yang dipengaruhi oleh voltan pengisi kepada pemancar.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tindakan melambungkan kelopak bunga ke udara adalah sama dengan pangkalan pembawa cas suntikan semasa ke dalam rantau asas transistor. Penggerudian kelopak yang dibuang oleh angin mirip dengan penyapu pengangkut di seluruh pangkalan dan ke pengumpul oleh V CE . Seperti jumlah kelopak bunga yang hanyut, jumlah arus pemungut tidak bergantung pada kekuatan V CE (kekuatan angin), tetapi pada kadar pembawa caj yang disuntik (bilangan kelopak dilambung ke atas sesaat) .

Nota:

Ini adalah salah satu analogi saya yang lebih baik untuk menjelaskan operasi BJT, terutamanya untuk menggambarkan mengapa saya C hampir tidak bersandar pada V CE . Ia juga membantu untuk menerangkan masa pemulihan yang berulang untuk transistor: bayangkan berapa lama ia mengambil udara untuk membersihkan kelopak bunga yang dibuang selepas anda berhenti melambungkannya, sama dengan pengangkut muatan tertutup yang harus disapu dari rantau asas oleh V CE selepas arus pangkalan berhenti.

Soalan 7

Fungsi transistor bipolar junction (BJT) biasanya dipertimbangkan dari segi arus: arus yang agak kecil melalui salah satu terminal transistor yang menguasai arus yang lebih besar. Lukis arahan semua arus untuk kedua-dua transistor (satu NPN dan satu PNP), dengan jelas mengenal pasti mana arus yang melakukan kawalan, dan mana arus dikawal:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Saya telah mendengar soalan-soalan semacam ini mengenai temuramah kerja juruteknik. Mengetahui sejauh mana arus masuk melalui BJT dianggap sebagai aspek yang sangat asas pengetahuan teknisi elektronik, dan untuk alasan yang baik. Tidak mustahil untuk memahami fungsi banyak litar transistor tanpa pegang tegas pada isyarat yang mengendalikan kawalan ke atas mana isyarat lain dalam litar.

Soalan 8

Nisbah "beta" (β) daripada transistor junction bipolar, kadang kala disebut sebagai h FE, adalah parameter peranti yang sangat penting. Pada dasarnya, ia menerangkan kuasa menguatkan transistor. Berikan takrifan matematik untuk parameter ini, dan sediakan beberapa nilai tipikal dari datasheet transistor.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

β ditakrifkan sebagai nisbah antara pemungut dan aras asas. Saya akan membiarkan anda menyelidik beberapa nilai tipikal. Berikut adalah beberapa nombor bahagian transistor yang anda boleh penyelidikan datasheets untuk:

2N2222
2N2905
2N2907
2N3403
2N3703
2N3904
2N3906
2N4125
2N4403
2N3055
TIP 29
TIP 31
TIP 32
TIP 41
TIP 42

Soalan susulan # 1: keadaan apa yang mempengaruhi nisbah β transistor "nota tersembunyi"> Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menunjukkan sekurang-kurangnya satu lembaran data untuk salah satu transistor yang disenaraikan. Dengan akses internet, lembaran data amat mudah dicari. Pelajar anda perlu dapat mencari lembaran data komponen dan nota aplikasi sebagai sebahagian daripada tanggungjawab kerja mereka, jadi pastikan mereka mengetahui bagaimana dan di mana untuk mengakses dokumen-dokumen berharga ini!

Soalan susulan adalah penting untuk dibincangkan, kerana β jauh dari stabil untuk kebanyakan transistor! Titik ini sering diabaikan dalam buku teks elektronik asas, meninggalkan pelajar dengan tanggapan palsu bahawa pengiraan litar transistor menggunakan β jauh lebih tepat daripada yang sebenarnya.

Soalan 9

Cari satu atau dua transistor persimpangan bipolar sebenar dan bawa mereka bersama anda ke kelas untuk perbincangan. Kenal pasti sebanyak mungkin maklumat mengenai transistor anda sebelum perbincangan:

Pengenalpastian terminal (terminal yang asas, pemancar, pemungut)
Penilaian kuasa berterusan
Biasa β
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sekiranya boleh, dapatkan lembar pengeluar untuk komponen anda (atau sekurang-kurangnya lembar kerja untuk komponen yang sama) untuk berbincang dengan rakan sekelas anda. Bersedia untuk membuktikan pengenalan terminal transistor anda di dalam kelas, dengan menggunakan multimeter!

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar kinesthetically berinteraksi dengan perkara tersebut. Ia mungkin kelihatan bodoh untuk membolehkan pelajar terlibat dalam "menunjukkan dan memberitahu" senaman, tetapi saya dapati bahawa aktiviti-aktiviti seperti ini sangat membantu sesetengah pelajar. Bagi pelajar yang bersifat kinestetik, ia sangat membantu untuk menyentuh komponen sebenar semasa mereka belajar tentang fungsi mereka. Sudah tentu, soalan ini juga memberi peluang yang baik untuk mereka mempraktikkan penanda komponen mentafsir, menggunakan multimeter, datasheets akses, dan sebagainya.

Soalan 10

Padankan ilustrasi transistor bipolar berikut kepada simbol skema masing-masing:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: mengenal pasti terminal pada setiap simbol skema transistor (asas, pemancar, dan pengumpul).

Nota:

Pastikan untuk meminta pelajar anda yang mana dari simbol-simbol transistor ini mewakili jenis "NPN" dan yang mewakili jenis "PNP". Walaupun ia akan menjadi jelas kepada sebahagian besar daripada ilustrasi "sandwic" yang menunjukkan lapisan jenis "P" dan "N", fakta ini mungkin melarikan diri daripada notis beberapa pelajar.

Ia mungkin membantu untuk mengkaji semula simbol diod, jika sesetengah pelajar mengalami kesulitan dalam menyesuaikan penamaan (PNP berbanding NPN) dengan simbol skematik.

Soalan 11

Jika kita membandingkan rajah tenaga untuk tiga helai bahan semikonduktor, dua jenis "N" dan satu "P", bersebelahan, kita akan melihat sesuatu seperti ini:

Kehadiran dopan dalam bahan semikonduktor menghasilkan perbezaan dalam tahap tenaga Fermi (E f ) dalam setiap bahagian.

Lukis rajah tenaga baru yang menunjukkan keadaan keseimbangan tiga bahagian selepas bergabung bersama.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Sekiranya pelajar biasa dengan gambar rajah jalur tenaga untuk persimpangan diod PN, mereka tidak sepatutnya sukar untuk merangka rajah tenaga untuk persimpangan NPN.

Soalan 12

Operasi transistor boleh dijelaskan dari segi tiga arus yang berbeza: suntikan, resapan, dan pengumpulan . Huraikan apa setiap arus ini, dan bagaimana ia membantu menjelaskan sifat menguatkan transistor.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Suntikan" semasa terdiri daripada pembawa caj majoriti (sama ada elektron atau lubang, bergantung kepada jenis transistor) yang "disuntik" dari rantau pemancar ke rantau asas transistor. Arus "penyebaran" adalah arus melalui terminal asas transistor yang terhasil daripada penggabungan elektron dan lubang-lubang di simpang pangkalan emitor. Kebanyakan arus suntikan, bagaimanapun, menjadi "pengumpulan" semasa dan melalui terminal pengumpul transistor.

Soalan cabaran: terangkan bagaimana kepekatan dadah relatif dari pemancar, asas, dan kawasan pemungut adalah penting dalam membolehkan transistor berfungsi sebagai peranti menguatkan. Apa yang akan terjadi pada pengumpulan semasa, contohnya, jika pemungut dikuatkan dengan kuat sebagai "nota tersembunyi" pemancar> Nota:

Semasa pelajar mengkaji dan menggunakan istilah ini dalam kajian transistor jambatan bipolar, teori operasi BJT harus lebih jelas. Istilah-istilah ini benar-benar dipilih dengan tepat, dengan tepat mewakili usul pengangkut caj dalam struktur transistor.

Soalan 13

Jejaki laluan suntikan, penyebaran, dan arus pengumpulan dalam rajah tenaga ini untuk transistor NPN seperti yang sedang dijalankan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Gambar bernilai ribuan perkataan, kata mereka. Bagi saya, ilustrasi ini adalah yang akhirnya membuat transistor masuk akal kepada saya. Dengan membina hadapan persimpangan asas pemancar, pembawa minoriti disuntik ke dalam pangkalan (elektron dalam bahan jenis "P", dalam hal transistor NPN), yang kemudian jatuh dengan mudah ke dalam kawasan pemungut. Gambar rajah tenaga ini tidak ternilai untuk menjelaskan mengapa pengumpul arus dapat mengalir walaupun ketika simpang pengumpul asas bersifat bias.

Soalan 14

Jejaki laluan suntikan, penyebaran, dan arus pengumpulan dalam rajah tenaga ini untuk transistor PNP seperti yang sedang dijalankan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Gambar bernilai ribuan perkataan, kata mereka. Bagi saya, ilustrasi ini adalah yang akhirnya membuat transistor masuk akal kepada saya. Dengan menyambungkan persimpangan asas emitor, pembawa minoriti disuntik ke dalam pangkalan (lubang di dalam bahan jenis "N", dalam hal transistor PNP), yang kemudian naik dengan mudah ke kawasan pengumpul. Gambar rajah tenaga ini tidak ternilai untuk menjelaskan mengapa pengumpul arus dapat mengalir walaupun ketika simpang pengumpul asas bersifat bias.

Apabila melihat rajah tenaga, sangat berguna untuk memikirkan gerakan lubang semulajadi sebagai gelembung udara dalam cecair, cuba untuk bangkit setinggi mungkin dalam kumpulan mereka yang ditetapkan.

Soalan 15

Dari pemeriksaan gambarajah tenaga untuk BJT dalam mod pengendalian (semasa yang ada melalui masing-masing tiga terminal: emitter, base, dan pengumpul), tentukan biasing kedua simpang PN:

Persimpangan asas pemancar ( depan atau belakang yang berat sebelah "# 15"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Persimpangan asas pemancar adalah bias ke hadapan, sementara persimpangan pengumpul asas bersifat terbalik. Pengalir semasa dibuat di seluruh persimpangan pengumpul asas dengan kehadiran pembawa caj yang disuntik dari pemancar.

Nota:

Soalan ini boleh dijawab hanya jika seseorang memahami tahap tenaga di dalam BJT. Penjelasan yang paling umum tentang fungsi BJT yang saya dapati dalam buku teks pengantar (bukan kejuruteraan) sepenuhnya menghilangkan perbincangan tahap tenaga, menjadikan subjek ini sangat membingungkan kepada pelajar baru.

Soalan 16

Transistor simpang bipolar dikelaskan sebagai peranti pembawa minoriti . Terangkan mengapa.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pengaliran melalui BJT bergantung kepada pembawa caj yang "disuntik" ke lapisan dasar transistor, dan pembawa caj ini sentiasa "jenis minoriti" berkenaan dengan doping dasar.

Nota:

Perhatikan pelajar anda bahawa terdapat perkara seperti jenis transistor jenis pembawa, tetapi ia tidak menyerupai BJT sama ada dalam pembinaan atau ciri-ciri operasi.

Soalan 17

Transistor bertindak sebagai sumber semasa terkawal . Iaitu, dengan isyarat kawalan tetap, mereka cenderung mengawal jumlah semasa yang sedang berlaku. Reka bentuk litar eksperimen untuk membuktikan kecenderungan transistor ini. Dalam erti kata lain, bagaimanakah anda dapat menunjukkan tingkah laku semasa ini untuk menjadi kenyataan?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Prosedur: mengukur voltan yang jatuh di seluruh R C sementara berbeza-beza V CC, untuk beberapa nilai yang berbeza dari I B (yang disimpulkan dengan mengukur voltan jatuh di RB).

Nota:

Di sini, pelajar harus berfikir seperti seorang saintis eksperimen: memikirkan cara membuktikan kestabilan relatif satu pembolehubah walaupun variasi yang lain, sambil memegang pemalar pembolehubah yang mengawal. Galakkan pelajar anda untuk benar-benar membina litar ini!

Soalan 18

Bandingkan magnitud relatif setiap arus dalam litar transistor bipolar ini:

Arus mana yang terkecil dan yang paling besar "# 18"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I E > I C >> I B

Nota:

Perhatikan sifat ringkas jawapannya. Ekspresi matematik ini mengatakan semuanya, dan kajian semula simbol ketaksamaan yang baik.

Soalan 19

Adakah pemungut dan terminal pemancar transistor boleh ditukar ganti? Jika tidak, apakah perbezaan fizikal antara pemancar dan pemungut?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pemancar adalah lebih kecil dan lebih besar "doped" daripada pemungut.

Nota:

Tanya pelajar anda jika ada cara untuk membezakan terminal pemancar dan pengumpul pada transistor, dari pengukuran meter luaran. Terdapat!

Soalan 20

Seorang pelajar elektronik mula belajar tentang transistor, dan membaca dalam buku teks bahawa transistor bipolar (baik NPN atau PNP) boleh difikirkan sebagai dua dioda yang disambung back-to-back seperti:

Bertindak atas idea ini, pelajar meneruskan untuk menyambungkan dua dioda pembetulan 1N4001 ke belakang dan cuba menggunakannya sebagai transistor. Ide ini tidak berfungsi: walaupun pasangan diod membaca corak kesinambungan yang sama seperti transistor, ia tidak menguatkan. Terangkan mengapa.

Nota: ini adalah soalan yang agak mendalam, dan mungkin tidak dijawab tanpa pemahaman tentang tahap tenaga pembawa caj dan tingkah simpang semikonduktor.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Transistor sementara ini tidak akan berfungsi kerana sambungan logam antara kedua-dua bahan "P" (anod diod) menghalang suntikan pengangkut minoriti (tahap jalur konduksi) elektron ke dalam bahan "P" diod sisi pengumpul.

Persoalan susulan: apa yang anda fikir benar-benar dimaksudkan dengan pernyataan buku teks bipolar transistor yang bersamaan dengan diod back-to-back, jika dua dioda yang disambungkan ke belakang tidak menunjukkan tingkah laku menguatkan "nota tersembunyi"> Nota:

Idea untuk soalan ini datang dari pengalaman peribadi. Saya sebenarnya cuba untuk membina transistor sendiri daripada dua diod back-to-back, dan gagal dengan teruk. Ia mengambil masa bertahun- tahun sebelum akhirnya saya faham cukup tentang fizik semikonduktor untuk menyedari mengapa ia tidak berfungsi!

Soalan 21

Bagaimana anda akan menerangkan syarat-syarat yang perlu untuk pengaliran arus elektrik melalui BJT? Huraikan mesti dilakukan kepada BJT agar ia dapat menjalankan arus.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Persimpangan PN asas pemancar mestilah bersifat bias, dan polaritas voltan antara pemungut dan pemancar mesti sedemikian rupa sehingga arus pemungut menambah aras asas untuk menyamai arus pemancar.

Nota:

Ini mungkin merupakan persoalan yang paling penting yang pelajar anda boleh belajar menjawab apabila belajar BJT pertama. Apa, sebenarnya, adalah perlu untuk menghidupkannya? Mahukah pelajar anda melukis gambar rajah untuk menggambarkan jawapan mereka semasa mereka hadir di hadapan kelas.

Soalan 22

Lukis kutub (+ dan -) tegasan yang diperlukan untuk menghidupkan kedua-dua transistor ini pada:

Juga, tarik arah arus terkawal (mengalir di antara pemungut dan pemancar) yang akan terhasil daripada sumber kuasa yang dihubungkan dengan betul antara terminal-terminal ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: lukiskan sumber-sumber voltan yang diperlukan untuk menghasilkan aliran "terkawal" yang dikesan dalam gambarajah ini, supaya kutub voltan yang digunakan antara pemungut dan pemancar jelas.

Nota:

Ini adalah konsep yang sangat penting untuk pelajar memahami: bagaimana untuk menukar BJT dengan voltan yang digunakan antara asas dan pemancar, dan juga arah mana arus terkawal melaluinya. Pastikan anda meluangkan masa membincangkan ini, kerana ia adalah asas kepada pemahaman mereka mengenai operasi BJT.

Soalan 23

Pelajar yang baru dalam kajian transistor sering mengalami kesulitan mengingati arah arus yang betul melalui transistor simpang bipolar, kerana terdapat tiga arus yang berlainan (I B, I C, I E ) dan mereka mesti "memotong" melalui transistor dengan cara tertentu .

Lukis arahan semasa yang sesuai untuk setiap transistor ini, dan terangkan bagaimana anda boleh mengingat arah yang betul yang mereka pergi:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Daripada membentangkan "peraturan praktikal" untuk digunakan dalam mengingati arah semasa yang betul, saya memilih untuk membiarkan para pelajar memikirkannya sendiri. Satu elemen penting dalam hal ini ialah matematik arus BJT, terutamanya persamaan ini:

I E = I C + I B

Hubungan ini, digabungkan dengan Hukum Semasa Kirchhoff, harus menyediakan semua bantuan yang diperlukan untuk merumuskan peraturan.

Soalan 24

Ramalkan bagaimana ketiga arus transistor (I B, I C, dan I E ) akan terjejas akibat daripada kesalahan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Perintang asas R B gagal dibuka:
Pemungut pemungut R C gagal dibuka:
Jambatan pateri (pendek) asas resistor asas R B :
Jambatan pateri (pendek) penghantar pemungut masa lalu R C :

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Perintang asas R B gagal dibuka: Ketiga arus berhenti.
Perintang pemungut R C gagal dibuka: Arus asas tidak berubah, pengurup arus semasa, arus pengurangan berkurangan kepada nilai aras asas (I E = I B ).
Rembatan pateri jambatan (pendek) masa lalu R B : Ketiga arus yang sangat meningkat, transistor mungkin terlalu panas dan gagal.
Rasuk pateri (pendek) penghantar pemungut masa lalu R C : Base arus tidak berubah, arus pengumpul meningkat sedikit (idealnya tidak akan berubah sama sekali!), Transistor menghilangkan lebih banyak kuasa dalam bentuk haba (mungkin terlalu panas). :

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

Soalan 25

Berdasarkan penunjuk pengecilan kesinambungan DC, jenis transistor ini, PNP atau NPN "padat">

Rintangan dengan ujian ujian negatif pada pin 1, ujian ujian positif pada pin 2: tiada kesinambungan
Rintangan dengan ujian ujian negatif pada pin 1, ujian ujian positif pada pin 3: tiada kesinambungan
Rintangan dengan ujian ujian negatif pada pin 2, ujian ujian positif pada pin 1: tiada kesinambungan
Rintangan dengan ujian ujian negatif pada pin 2, ujian ujian positif pada pin 3: tiada kesinambungan
Rintangan dengan ujian ujian negatif pada pin 3, ujian ujian positif pada pin 1: kesinambungan
Rintangan dengan ujian ujian negatif pada pin 3, ujian ujian positif pada pin 2: kesinambungan

Juga, dengan kemampuan terbaik anda, mengenal pasti tiga terminal transistor (emitter, base, dan collector).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah transistor PNP. Pin 3 adalah asas, dan pin 1 dan 2 adalah pemancar / pengumpul atau pengumpul / pemancar (tidak pasti yang mana).

Nota:

Nasihatkan pelajar anda tentang risiko menggunakan multimeter analog (dalam mod ohmmeter) untuk menguji komponen semikonduktor. Sesetengah reka bentuk multimeter analog yang murah sebenarnya menukar polariti ujian ujian apabila dalam mod ohmmeter. Dengan kata lain, petunjuk ujian merah sebenarnya menyambung kepada sisi negatif bateri dalaman meter, manakala ujian ujian hitam menghubungkan ke sisi positif bateri dalaman! Jika anda digunakan untuk mengaitkan merah dengan positif dan hitam dengan negatif, suis ini akan menjadi satu kejutan.

Tanyakan kepada pelajar anda: apakah kesan yang akan berlaku dalam polariti seperti yang telah diterangkan pada penentuan identiti transistor? Bagaimana jika orang berfikir bahawa memimpin merah meter mereka positif dan memimpin hitam negatif, padahal sebenarnya ia sebaliknya? Adakah ini mempengaruhi keupayaan mereka untuk mengenal pasti terminal transistor dengan tepat? Mengapa atau mengapa tidak?

Soalan 26

Banyak multimeter digital mempunyai julat "pengecutan diod" yang membolehkan pengguna mengukur drop voltan hadapan PN simpang:

Apabila menggunakan multimeter dengan ciri ini untuk mengenal pasti terminal transistor junction bipolar, petunjuk penurunan voltan ke hadapan diperlukan untuk membezakan terminal pemungut dari terminal pemancar. Terangkan bagaimana perbezaan ini dilakukan berdasarkan pengukuran voltan ke hadapan, dan juga menjelaskan mengapa ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Persimpangan asas pemancar mempunyai penurunan voltan ke hadapan yang lebih besar daripada persimpangan pengumpul asas. Saya akan memberitahu anda mengapa!

Nota:

Saya terkejut berapa banyak buku teks yang tidak menjelaskan bagaimana untuk mengenal pasti terminal BJT menggunakan multimeter (terutama multimeter dengan fungsi "pemeriksaan diod"). Ini adalah kemahiran yang sangat penting bagi juruteknik untuk mempunyai, kerana mereka sering akan berhadapan dengan pengenalan terminal transistor jika tiada lembaran data atau rujukan grafik lain untuk terminal peranti.

Soalan 27

Kenal pasti terminal di BJT ini, dan juga jenis BJT itu ( NPN atau PNP ):

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Saya telah menemui teknik multimeter "pemeriksaan dioda" ini untuk menjadi sangat berjaya untuk mengenal pasti terminal BJT.

Soalan 28

Salah satu parameter yang paling penting untuk komponen semikonduktor ialah penarafan kuasa . Jelaskan mengapa penarafan kuasa adalah parameter kritikal, terutamanya berbanding dengan komponen elektronik lain (perintang, induktor, kapasitor, dll.).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Peranti semikonduktor cenderung sangat sensitif terhadap suhu. Oleh itu, ia amat penting untuk mengekalkan pelesapan kuasa di bawah tahap undian maksimum.

Soalan cabaran: beberapa datasheet semikonduktor menentukan nilai ketinggian (ketinggian di atas paras laut) bersama-sama dengan penarafan kuasa. Terangkan mengapa ketinggian mempunyai kaitan dengan penarafan kuasa komponen elektronik.

Nota:

Suhu tinggi adalah baran kebanyakan semikonduktor. Contoh klasik ini, walaupun sedikit bertarikh, adalah kepekaan suhu transistor germanium asal. Peranti ini sangat sensitif terhadap haba, dan akan gagal dengan cepat jika dibenarkan terlalu panas. Jurutera reka bentuk negeri pepejal perlu berhati-hati dalam teknik yang mereka gunakan untuk litar transistor untuk memastikan transistor germanium sensitif mereka tidak akan mengalami "pelarian terma" dan memusnahkan diri mereka.

Silikon lebih memaafkan maka germanium, tetapi haba masih menjadi masalah dengan peranti ini. Pada masa penulisan ini (2004), terdapat kerja pembangunan yang menjanjikan pada teknologi transistor silikon karbida dan galium nitrida, yang dapat berfungsi di bawah suhu lebih tinggi daripada silikon.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →