Transistor Bipolar Junction dalam Mod Aktif

Multisim transistor bias (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Transistor Bipolar Junction dalam Mod Aktif

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

Model komponen elektronik kompleks berguna untuk analisis litar, kerana ia membolehkan kita untuk menyatakan kelakuan anggaran peranti dari segi komponen yang ideal dengan tingkah laku matematik yang agak mudah. Transistor adalah contoh yang baik dari komponen yang sering dimodelkan demi analisis litar penguat:

Ia mesti difahami bahawa model tidak pernah sempurna replika perkara sebenar. Pada satu ketika, semua model gagal meniru perkara yang dimodelkan. Satu-satunya kebimbangan sebenar adalah berapa tepat kita menghendaki penghampiran kita: ciri-ciri komponen yang paling membimbangkan kita, dan yang tidak.

Contohnya, apabila menganalisis tindak balas litar penguat transistor kepada isyarat AC kecil, ia sering dianggap bahawa transistor akan "berat sebelah" oleh isyarat DC supaya diod pemancar asas sentiasa dijalankan. Sekiranya ini berlaku, dan apa yang kita bimbangkan ialah bagaimana transistor bertindak balas kepada isyarat AC, kita boleh dengan mudah menghapuskan simpang diod dari model transistor kita:

Walau bagaimanapun, walaupun dengan voltan DC 0.7 voltan (nominal) jatuh tidak hadir dari model, masih ada beberapa impedans bahawa isyarat AC akan ditemui kerana ia mengalir melalui transistor. Sebenarnya, beberapa impedans yang berbeza wujud di dalam transistor itu sendiri, secara lazimnya dilambangkan oleh pereka bentuk dan pereka rawak kecil:

Dari perspektif semasa AC yang melalui persimpangan asas-pemancar transistor, jelaskan mengapa model transistor berikut adalah setaraf:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kedua-dua model ini bersamaan kerana arus yang diberi (i b ) akan menyebabkan jumlah voltan yang sama tepat antara asas dan pemancar (v = ir):

v = i b r ' b + (i b + βi b ) r' e Model kiri

v = i b (r ' b + (β + 1) r' e ) Model tangan kanan

Kesamaan matematik kedua-dua ungkapan ini boleh ditunjukkan oleh pemfaktoran i b dari semua istilah dalam persamaan model kiri.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk memperkenalkan pelajar kepada konsep pemodelan BJT, dan juga untuk membiasakannya dengan beberapa simbol dan ekspresi yang biasa digunakan dalam model-model ini (serta sedikit teori rangkaian perintang DC dan kajian algebra, tentu saja !).

Soalan 3

Garis beban adalah alat yang berguna untuk menganalisis litar penguat transistor, tetapi mereka mungkin sukar difahami pada mulanya. Untuk membantu anda memahami apa yang "garisan beban" berguna dan bagaimana ia ditentukan, saya akan memohon satu kepada litar dua-mudah sederhana ini:

Kita perlu merancang garis beban untuk litar dua-resistor mudah ini bersama-sama dengan "keluk ciri" untuk perintang R 1 untuk melihat manfaat garis beban. Talian beban sebenarnya hanya mempunyai makna apabila ditapis dengan plot lain. Pertama, lengkung ciri untuk R 1, ditakrifkan sebagai hubungan voltan / semasa antara terminal A dan B :

Seterusnya, saya akan merancang garis beban seperti yang ditakrifkan oleh perintang beban 1.5 kΩ. "Baris beban" ini menyatakan voltan yang terdapat di antara dua terminal yang sama (V AB ) sebagai fungsi arus beban, untuk menjelaskan voltan yang jatuh di seluruh beban:

Di mana nilai semasa (I R1 ) lakukan dua garisan bersilang "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I R = 8 mA adalah nilai yang sama semasa anda akan mengira jika anda telah menganalisis litar ini sebagai rangkaian penghalang siri mudah.

Persoalan tindak balas: anda mungkin tertanya-tanya, "apakah titik merancang 'keluk ciri' dan 'garis beban' dalam litar mudah, jika kita perlu lakukan untuk menyelesaikan semasa adalah menambah dua rintangan dan membahagikan jumlah nilai rintangan kepada jumlah voltan? "Baiklah, tidak ada gunanya menganalisis litar mudah seperti ini, kecuali untuk menggambarkan bagaimana garis beban berfungsi. Soalan susulan saya kepada anda adalah ini: di mana akan merancang garis beban sebenarnya membantu dalam menganalisis tingkah laku litar? Bolehkah anda memikirkan apa-apa pengubahsuaian kepada litar dua-resistor yang memerlukan analisis garis beban untuk menyelesaikan semasa?

Nota:

Walaupun pendekatan ini untuk analisis litar mungkin kelihatan konyol - menggunakan garis beban untuk mengira semasa dalam litar dua-resistor - ia menunjukkan prinsip garis beban dalam konteks yang harus jelas kepada pelajar pada masa ini dalam kajian mereka. Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana kedua-dua baris tersebut diperoleh (satu untuk resistor R1 dan yang lain merancang voltan yang tersedia kepada R 1 berdasarkan jumlah voltan sumber dan nilai perintang beban).

Juga, bincangkan kepentingan kedua-dua garis bersilang. Secara matematik, apakah maksud persimpangan dua graf? Apakah nilai koordinat titik persilangan mewakili dalam sistem fungsi serentak? Bagaimanakah prinsip ini berkaitan dengan litar elektronik?

Soalan 4

Garis beban adalah alat yang berguna untuk menganalisis litar penguat transistor, tetapi ia boleh digunakan untuk jenis litar lain juga. Ambil contoh litar diod-resistor ini:

Keluk ciri diod telah diplotkan pada graf berikut. Tugas anda adalah untuk merancang garis beban untuk litar pada graf yang sama, dan perhatikan di mana kedua-dua garis itu bersilang:

Apakah makna praktikal dari persimpangan dua plot ini? # 4 "> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kedua-dua garisan itu bersilang di arus kira-kira 1.72 mA:

Soalan susulan: jelaskan mengapa penggunaan garis beban sangat memudahkan penentuan arus litar dalam litar diod-resistor.

Soalan cabaran: katakan nilai perintang meningkat dari 2.5 kΩ hingga 10 kΩ. Apakah perbezaannya dalam plot garisan beban, dan di titik persimpangan antara kedua-dua plot "nota tersembunyi"> Nota:

Walaupun pendekatan ini untuk analisis litar mungkin kelihatan konyol - menggunakan garis beban untuk mengira semasa dalam litar diod-perintang - ia menunjukkan prinsip garis beban dalam konteks yang harus jelas kepada pelajar pada ketika ini dalam kajian mereka. Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana garisan beban diperolehi untuk litar ini, dan mengapa ia lurus manakala lengkung ciri diod tidak.

Juga, bincangkan kepentingan kedua-dua garis bersilang. Secara matematik, apakah maksud persimpangan dua graf? Apakah nilai koordinat titik persilangan mewakili dalam sistem fungsi serentak? Bagaimanakah prinsip ini berkaitan dengan litar elektronik?

Soalan 5

Ukuran yang sangat penting dari tingkah laku transistor adalah lengkung ciri, satu set graf yang menunjukkan arus pengumpul ke atas pelbagai voltan pengilang pemancar-pengilang, untuk jumlah arus asas tertentu. Plot yang berikut adalah lengkung biasa untuk transistor bipolar dengan nilai tetap aras pangkalan:

"Litar ujian" untuk mengumpul data untuk membuat grafik ini kelihatan seperti ini:

Kenal pasti tiga wilayah yang berlainan pada graf ini: tepu, aktif, dan pecahan, dan jelaskan maksud setiap istilah ini. Juga, kenalpasti mana bahagian lengkung ini transistor bertindak paling seperti peranti semasa yang mengawal selia.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tingkah laku peraturan terkini semasa transistor berlaku di kawasan "aktif "nya.

Persoalan tindak lanjut: apakah ciri-ciri lengkung ciri seperti transistor yang gagal dipendekkan di antara pengumpul dan terminal pemancar "nota tersembunyi"> Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda apa yang kelihatan seperti kurva semasa yang sesuai. Bagaimanakah lengkung sempurna ini dibandingkan dengan lengkung ciri yang ditunjukkan dalam soalan ini untuk transistor biasa?

Satu perkataan berhati-hati adalah: Saya tidak mencadangkan bahawa litar ujian seperti yang ditunjukkan dalam soalan dibina untuk mengumpul data lengkung. Jika transistor melepaskan kuasa untuk sebarang masa yang besar, ia akan menjadi panas dan lengkungnya akan berubah secara dramatik. Keluk transistor sebenar dijana oleh sekeping peralatan ujian yang dikenali sebagai "pengesan lengkung, " yang menyapu voltan pengisi pemancar dan langkah arus asas dengan pantas (cukup cepat untuk "cat" semua lengkung pada skrin osiloskop sebelum fosfor berhenti bercahaya ).

Soalan 6

Jika transistor tertakluk kepada beberapa arus pangkalan yang berlainan, dan voltan pemancar pemancar (V CE ) ßwept "melalui julat penuh bagi setiap nilai arus asas ini, data untuk keseluruhan" keluarga "lengkung ciri boleh diperolehi dan dicelup :

Apakah keluk ciri ini menunjukkan tentang kawalan arus asas terhadap arus pengumpul "# 6"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Arus pemungut adalah (sebahagian besarnya) berkadar langsung dengan aras asas semasa di rantau "aktif".

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda apa kelebihan ciri-ciri seperti transistor yang sempurna : satu yang merupakan pengawal selia sempurna pengumpul semasa ke atas pelbagai voltan pengisi pemancar.

Soalan 7

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 boleh "disapu" oleh angin sehinggalah orang yang melepaskannya ke udara, dan halaju angin tidak mempunyai kesan terhadap berapa banyak kelopak bunga yang tersapu dari orang itu, kerana ia 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 8

Tentukan anggaran jumlah arus pengumpul untuk litar transistor ini, memandangkan keluk ciri berikut yang ditetapkan untuk transistor:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I C ≈ 4.75 mA

Persoalan susulan: Berapakah peningkatan semasa pengumpul jika sumber voltan meningkat kepada 35 volt "nota tersembunyi"> Nota:

Persoalan ini tidak lebih daripada latihan dalam mentafsir keluk ciri.

Soalan 9

Gambar rajah skematik berikut adalah litar pengesan lengkung ringkas, yang digunakan untuk merancang ciri semasa / voltan komponen elektronik yang berlainan pada skrin osiloskop:

Cara ia berfungsi ialah dengan menggunakan voltan AC di terminal peranti di bawah ujian, mengeluarkan dua isyarat voltan yang berbeza ke osiloskop. Satu isyarat, memacu paksi mendatar osiloskop, mewakili voltan di kedua-dua terminal peranti. Isyarat lain, memacu paksi menegak oscilloscope, ialah voltan yang jatuh di perintang shunt, yang mewakili arus melalui peranti. Dengan oscilloscope ditetapkan untuk mod "XY", rasuk elektron mengesan lengkung ciri peranti.

Sebagai contoh, penghalang mudah akan menghasilkan paparan oscilloscope ini:

Perintang nilai yang lebih besar (lebih banyak rintangan ohm) akan menjana plot ciri dengan cerun cetek, mewakili kurang semasa untuk jumlah yang sama voltan yang digunakan:

Litar pengesan lekuk mencari nilai sebenar mereka dalam menguji komponen semikonduktor, yang voltan / tingkah laku semasa adalah tidak linear. Ambil contoh lengkung ciri ini untuk diod pembetulan biasa:

Jejak itu adalah rata di mana-mana kiri pusat di mana voltan yang digunakan adalah negatif, menunjukkan tiada arus diod semasa ia berbalik-bias. Di sebelah kanan pusat, walaupun jejak melompat dengan mendadak ke atas, menunjukkan arus diod eksponen dengan peningkatan voltan terpakai (bias ke depan) sama seperti ramalan "diod persamaan".

Pada grid berikut, plot lengkung ciri untuk diod yang gagal dipendekkan, dan juga untuk yang gagal dibuka:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Keluk ciri bukanlah konsep yang paling mudah bagi sesetengah pelajar untuk memahami, tetapi mereka sangat bermaklumat. Bukan sahaja mereka dapat menggambarkan kelakuan elektrik peranti bukan linear, tetapi mereka juga boleh digunakan untuk mendiagnosis kesalahan yang tidak dapat diukur. Membiarkan pelajar memikirkan apa kelopak pintar dan terbuka adalah cara yang baik untuk membuka minda mereka kepada alat diagnostik ini, dan sifat keluk ciri secara umum.

Walaupun jauh dari jelas, salah satu saluran oscilloscope perlu "terbalik" agar lengkung ciri muncul dalam kuadran betul pada paparan. Kebanyakan oscilloscopes dwikutub mempunyai fungsi "saluran terbalik" yang berfungsi dengan baik untuk tujuan ini. Sekiranya melibatkan fungsi invert saluran pada oscilloscope membalikkan paksi yang salah, anda boleh membalikkan sambungan peranti ujian ke litar pengesan lengkung, mengetepikan kedua-dua paksi serentak. Antara membalikkan sambungan peranti dan membalikkan satu saluran osiloskop, anda boleh mendapatkan lengkung untuk merancang apa sahaja cara anda mahu!

Soalan 10

Jelaskan mengapa transistor junction bipolar cenderung untuk mengawal arus pengumpul ke atas pelbagai voltan pengumpul-ke-pemancar apabila arus pangkalannya tetap. Apa yang berlaku secara dalaman yang menjadikan pengumpul BJT semasa relatif bebas daripada voltan pemungut kepada pemancar dan sangat bergantung pada aras asas "# 10"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kerana BJT adalah peranti pembawa minoriti, kebanyakan pengumpul arus adalah hasil dari pembawa caj yang disuntikkan dari pemancar ke rantau dasar. Oleh kerana suntikan pembawa caj ini adalah fungsi pengujaan persimpangan asas pemancar, arus pangkalan (atau lebih tepat, voltan asas-ke-pemancar) terutamanya menentukan semasa pengumpul dengan voltan pemungut-pemancar memainkan peranan yang agak kecil.

Nota:

Sifat semasa yang mengawal BJT dibuat lebih mudah difahami dengan menganalisis gambarajah band tenaga transistor dalam mod aktif.

Soalan 11

Banyak rujukan teknikal akan memberitahu anda bahawa transistor junction bipolar (BJTs) adalah peranti kawalan semasa: arus pemungut dikawal oleh arus pangkalan. Konsep ini diperkuat dengan tanggapan "beta" (β), nisbah antara arus pengumpul dan arus asas:

β = I C


Saya b

Pelajar yang belajar tentang transistor bipolar sering keliru apabila mereka menemui spesifikasi datasheet untuk nisbah transistor β. Jauh daripada parameter tetap, nisbah "beta" bagi transistor mungkin berbeza jauh berbanding dengan jarak operasinya, dalam beberapa kes melebihi pesanan magnitud (sepuluh kali)!

Jelaskan bagaimana fakta ini bersetuju atau tidak bersetuju dengan tanggapan BJT yang menjadi peranti "dikawal semasa". Jika arus pemungut benar-benar adalah fungsi langsung arus pangkalan, maka kenapa kepatuhan konstan antara kedua (β) berubah begitu banyak?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Duduk sebelum anda membaca ini, dan jaga diri anda dengan kebenaran yang sukar: transistor simpang bipolar secara teknikal bukan peranti terkawal semasa. Awak duduk, kan? Baik.

Soalan susulan: jika BJT tidak dikendalikan oleh arus pangkalan, maka apa yang dikawal oleh mereka? Nyatakan ini dalam bentuk persamaan jika boleh. Petunjuk: penyelidikan "persamaan diod" untuk petunjuk.

Nota:

Untuk tujuan perbincangan, anda mungkin ingin menunjukkan kepada pelajar anda persamaan ini, tepat atas pelbagai keadaan operasi bagi voltan pemancar asas yang melebihi 100 mV:

I C = I ES (e V BE / V T - 1)

Persamaan ini tidak linear: kenaikan V BE tidak menghasilkan peningkatan berkadar dalam I C. Oleh itu, lebih mudah untuk memikirkan operasi BJT dari segi asas dan arus pemungut, hubungan antara kedua-dua pembolehubah itu adalah lebih linear. Kecuali apabila tidak, tentu saja. Begitulah tradeoff antara kesederhanaan dan ketepatan. Dalam usaha untuk menjadikan sesuatu lebih mudah, kami sering membuatnya salah .

Perlu diingatkan di sini bahawa walaupun transistor jambatan bipolar tidak benar-benar peranti yang dikawal semasa, mereka masih boleh dianggap sebagai (kira-kira) peranti mengawal semasa . Ini adalah perbezaan penting yang mudah hilang dalam soalan-soalan seperti ini apabila andaian asas dicabar.

Soalan 12

Istilah umum yang digunakan dalam kejuruteraan litar semikonduktor adalah analisis isyarat kecil . Apa, sebenarnya, isyarat "analisis isyarat", dan bagaimana ia berbeza dengan analisis isyarat yang besar ?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Analisis isyarat kecil adalah di mana isyarat dianggap terlalu kecil dalam magnitud bahawa peranti aktif harus bertindak dengan cara yang hampir linier. Analisa isyarat besar adalah di mana isyarat dianggap terlalu besar bahawa komponen nonlineariti menjadi penting.

Persoalan susulan: kenapa jurutera akan mengganggu dengan dua mod analisis bukan hanya satu (isyarat besar), di mana tingkah laku benar (tidak linear) komponen diambil kira? Jelaskan ini dari segi teorema rangkaian dan "alat" matematik lain yang tersedia kepada jurutera untuk analisis litar.

Nota:

Apabila meneliti buku teks kejuruteraan dan sumber-sumber lain, istilah-istilah ini sering digunakan tanpa pengenalan, menyebabkan banyak pelajar awal yang keliru.

Soalan 13

Jelaskan apa yang dimaksudkan untuk transistor untuk beroperasi dalam mod "aktif" (berbanding dengan potongan, tepu, atau pecahan).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dalam mod aktif, transistor "pendikit" semasa berada di antara pemadaman sepenuhnya dan sepenuhnya.

Nota:

Bantu pelajar anda membezakan operasi transistor aktif dengan apa yang mereka tahu tentang transistor sebagai elemen bertukar (sama ada tepu atau terputus). Tanya kepada mereka untuk menerangkan apa yang unik tentang tingkah laku transistor di rantau aktif yang tidak dipamerkan di mana-mana rantau lain (iaitu tingkah laku transistor berkenaan dengan pengumpul semasa dan voltan pemancar-pemancar).

Soalan 14

Kami tahu bahawa graf tidak lebih daripada koleksi mata individu yang mewakili data berkorelasi dalam sistem. Berikut adalah plot keluk ciri transistor (untuk satu nilai arus asas):

Dan di sini adalah plot "garis beban" untuk litar penguat transistor:

Untuk setiap graf ini, pilih satu titik di sepanjang lengkung (atau garis) dan terangkan apa yang dimaksudkan oleh satu titik dalam istilah kehidupan sebenar. Apakah data mana-mana titik tunggal di sepanjang salah satu daripada graf ini bermakna dalam litar transistor "# 14"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk lengkung ciri transistor, satu titik data mewakili jumlah arus yang akan melalui terminal pengumpul untuk jumlah arus asas tertentu, dan jumlah voltan pengilang pemancar yang diberi.

Untuk garis beban, satu titik data mewakili jumlah voltan pemancar pemancar yang tersedia untuk transistor untuk jumlah arus pengumpul tertentu.

Persilangan lengkung ciri dan garisan beban mewakili arus pemungut (dan voltan voltan V CE yang sepadan) yang akan "memenuhi semua keadaan" komponen.

Nota:

Bincangkan soalan ini secara menyeluruh dengan pelajar anda. Begitu banyak pelajar elektronik belajar untuk plot talian beban untuk litar penguat tanpa benar-benar memahami mengapa mereka mesti berbuat demikian. Pelan baris beban adalah alat yang sangat berguna dalam analisis litar penguat, tetapi pengertian setiap lengkung / garis mesti difahami dengan baik sebelum menjadi berguna sebagai alat pengertian.

Tanyakan pelajar anda yang mana dari kedua-dua jenis graf (lengkung ciri, atau garis beban) mewakili sifat semula jadi, atau "bebas", dan yang mana mewakili keadaan yang dibatasi dalam litar tertentu.

Soalan 15

Huraikan apakah garisan muatannya, di mana ia muncul pada grafik keluk transistor ciri-ciri ini:

Apa sebenarnya garis beban mewakili dalam litar "# 15"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Garis beban ialah plot yang menunjukkan jumlah voltan pengisi pemancar yang tersedia untuk transistor (V CE ) untuk mana-mana pengumpul semasa:

Soalan susulan: mengapa garis beban selalu lurus, dan tidak dibengkokkan sebagai keluk ciri transistor adalah "nota tersembunyi"> Nota:

Adalah sangat penting bagi pelajar untuk memahami sifat ontologi talian beban (iaitu apa yang mereka ada ) jika mereka sering menggunakannya dalam analisis litar transistor. Ini, sayangnya, adalah sesuatu yang sering tidak digenggam oleh pelajar apabila mereka mula mengkaji litar transistor, dan saya meletakkan penyesalannya secara terperinci pada buku teks (dan pengajar) yang tidak menghabiskan cukup masa untuk memperkenalkan konsep itu.

Cara kegemaran saya untuk mengajar pelajar tentang talian beban ialah memakainya jalur beban bagi litar bukan transistor, seperti pembahagi voltan (dengan salah satu daripada dua resistor yang dilabelkan sebagai "beban, " dan resistor yang lain yang dibuat berubah-ubah) dan dioda-resistor litar.

Soalan 16

Walaupun lengkung ciri untuk transistor biasanya dijana dalam litar di mana aras asas adalah malar dan voltan pemancar pemancar (V CE ) berbeza-beza, ini biasanya bukan bagaimana litar penguat transistor dibina. Biasanya, arus pangkalan berbeza dengan isyarat input, dan bekalan kuasa pengumpul adalah sumber voltan tetap:

Kehadiran perintang muatan dalam litar menambah dinamik lain kepada tingkah laku litar. Terangkan apa yang berlaku kepada voltan pemancar pemancar (V CE ) transistor (V CE ) sebagai peningkatan arus pengumpul (menjatuhkan lebih banyak voltan bateri merentasi beban pemuat), dan plot secara kualitinya garisan beban pada jenis graf yang sama digunakan untuk merancang lengkung transistor:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kerana tiada nombor di sepanjang paksi graf ini, yang terbaik yang boleh anda lakukan ialah merancang cerun umum garisan, dari kiri-kiri ke bawah-kanan:

Nota:

Tanya pelajar anda mengapa plot ini lurus, dan tidak melengkung seperti fungsi ciri transistor.

Soalan 17

Hitung dan menstabilkan garisan beban untuk litar ini di atas lengkung ciri transistor:

Kemudian, tentukan jumlah arus pengumpul dalam litar pada nilai arus asas berikut:

I B = 10 μA
I B = 20 μA
I B = 30 μA
I B = 40 μA
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I B = 10 μA; I C = 3.75 mA
I B = 20 μA; I C = 6.25 mA
I B = 30 μA; I C = 8.5 mA
I B = 40 μA; I C = 9.5 mA

Nota:

Adalah baik untuk menunjukkan sesuatu di sini: melebihkan fungsi linier pada satu set fungsi tak linear dan mencari mata persimpangan membolehkan kita menyelesaikan beberapa pembolehubah dalam sistem matematik tidak linear. Biasanya, hanya sistem persamaan linear yang dianggap "boleh diselesaikan" tanpa menggunakan pengiraan aritmetik yang sangat memakan masa, tetapi di sini kita mempunyai alat yang berkuasa (grafik) untuk menghampiri nilai-nilai pembolehubah dalam sistem tak linear. Sejak perkiraan adalah yang terbaik yang kita boleh berharap dalam litar transistor pula, ini cukup baik!

Soalan 18

Dalam graf ini, anda akan melihat tiga garisan beban yang berbeza, yang mewakili tiga nilai rintangan beban yang berbeza dalam litar penguat:

Yang salah satu dari tiga baris beban mewakili nilai rintangan beban terbesar (R beban ) "# 18"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Garis beban yang paling dekat dengan mendatar mewakili nilai rintangan beban terbesar, dan ia juga mewakili keadaan di mana V CE akan berubah paling banyak untuk sebarang perubahan aras asas (isyarat input).

Nota:

Persoalan ini mencabar pelajar untuk mengaitkan nilai-nilai penghalang beban untuk memuatkan garis-garis, dan kedua-duanya kepada langkah praktikal untuk mendapatkan voltan dalam litar penguat yang mudah. Sebagai ilustrasi, mintalah pelajar menganalisis perubahan dalam litar untuk isyarat masukan yang berbeza-beza antara 5 μA dan 10 μA untuk tiga nilai resistor beban berbeza. Perbezaan dalam ΔV CE harus sangat jelas!

Soalan 19

Parameter penting bagi litar penguat transistor adalah titik Q, atau titik operasi tersenyum . "Titik Q" bagi litar penguat transistor akan menjadi satu titik di suatu tempat di sepanjang garis bebannya.

Huraikan apakah "titik Q" sebenarnya bermaksud untuk litar penguat transistor, dan bagaimana nilainya boleh diubah.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Titik Q" untuk litar penguat transistor adalah titik sepanjang rantau operasi dalam keadaan "diam": apabila tidak ada isyarat masukan yang diperkuat.

Nota:

Mata Q adalah sangat penting dalam proses reka bentuk penguat transistor, tetapi sekali lagi pelajar sering nampak gagal memahami arti sebenar konsep tersebut. Tanya pelajar anda untuk menerangkan bagaimana garis beban yang dibentuk oleh rintangan beban, dan keluk ciri transistor, terangkan semua keadaan operasi mungkin pengumpul semasa dan V CE untuk litar penguat itu. Kemudian bincangkan bagaimana status litar tersebut ditakrifkan pada mana-mana satu titik dalam masa di sepanjang graf tersebut (oleh garis, lengkung, atau titik?).

Soalan 20

Grafik berikut adalah keluarga keluk ciri untuk transistor tertentu:

Lukiskan garisan beban dan kenalpasti titik Q pada garisan beban untuk litar penguat yang biasa menggunakan transistor ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: kedudukan litar Q-titik ini kira-kira pertengahan jalan di sepanjang garis beban. Adakah anda mengatakan ini menunjukkan tanda penguatkuasa berat sebelah untuk operasi Kelas A, atau untuk beberapa kelas operasi "nota tersembunyi"> Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar untuk mengaitkan pengetahuan sedia ada tentang analisis litar pemungut biasa DC dengan konsep garis beban dan Q-point. Minta pelajar anda berkongsi teknik analisa dengan seluruh kelas.

Soalan 21

Grafik berikut adalah keluarga keluk ciri untuk transistor tertentu:

Lukiskan garisan beban dan kenalpasti titik Q pada garisan beban bagi litar penguat bersama-sama dengan menggunakan transistor ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: tentukan apa yang akan berlaku kepada titik Q jika perintang R 2 (perintang bias 2.2 kΩ) gagal dibuka.

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar untuk mengaitkan pengetahuan sedia ada tentang analisis litar pemancar umum yang sedia ada kepada konsep garis beban dan Q-point. Minta pelajar anda berkongsi teknik analisa dengan seluruh kelas.

Soalan 22

Grafik berikut adalah keluarga keluk ciri untuk transistor tertentu:

Superimpose pada graf itu garisan beban untuk litar penguat pemancar biasa berikut menggunakan transistor yang sama:

Juga tentukan beberapa nilai perintang bias (R 1 dan R 2 ) yang akan menyebabkan titik Q untuk berehat kira-kira pertengahan jalan pada garisan beban.

R 1 = R 2 =

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Terdapat beberapa pasang nilai resistor yang akan berfungsi dengan secukupnya untuk meletakkan kedudukan Q di pusat garis beban. Saya meninggalkan latihan ini untuk anda bekerjasama dan berbincang dengan rakan sekelas anda!

Soalan susulan: tentukan apa yang akan berlaku kepada titik Q jika perintang R 2 (perintang bias 2.2 kΩ) gagal dibuka.

Nota:

Ini adalah soalan yang sangat praktikal, kerana juruteknik dan jurutera sama-sama perlu memilih biasing yang betul supaya litar penguat mereka akan beroperasi di kelas yang dimaksudkan (A, dalam kes ini). Terdapat lebih daripada satu jawapan yang tepat untuk nilai resistor, jadi pastikan para pelajar anda berkongsi penyelesaian mereka dengan seluruh kelas supaya banyak pilihan boleh diterokai.

Soalan 23

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.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →