Teoria bipolarnego tranzytu złączy (BJT)

Tranzystor bipolarny | cz.1 - teoria | #18 [Podstawy] (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Teoria bipolarnego tranzytu złączy (BJT)

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Straty mocy tranzystora wynikają z następującego równania:

P = I C  V CE + V BE


β

 

Manipuluj tym równaniem, aby rozwiązać dla wersji beta, biorąc pod uwagę wszystkie inne zmienne.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

β = V BE


P


I C

- V CE

Uwagi:

Chociaż to pytanie jest zasadniczo niczym więcej niż ćwiczeniem z algebraiczną manipulacją, jest ono również dobrym wstępem do dyskusji na temat znaczenia rozpraszania mocy jako oceny półprzewodnikowych urządzeń.

Wysoka temperatura to zmora większości półprzewodników, a wysoka temperatura jest spowodowana nadmiernym rozpraszaniem mocy. Klasycznym tego przykładem, choć nieco przestarzałym, jest czułość temperaturowa oryginalnych tranzystorów germanowych. Urządzenia te były niezwykle wrażliwe na ciepło i szybko zawodziłyby, gdyby mogły się przegrzać. Inżynierowie zajmujący się konstrukcją półprzewodnikową musieli bardzo uważać na techniki stosowane w obwodach tranzystorowych, aby zagwarantować, że ich czułe tranzystory germanowe nie ucierpią z powodu "termicznej ucieczki" i zniszczą się.

Krzem jest o wiele bardziej wybaczający niż german, ale ciepło nadal stanowi problem z tymi urządzeniami. W chwili pisania tego tekstu (2004 r.) Obiecujące prace rozwojowe dotyczą technologii węglika krzemu i tranzystora z azotkiem galu, która może działać w znacznie wyższych temperaturach niż krzem.

pytanie 3

Załóżmy, że znamy tylko emiter i prądy bazowe dla działającego tranzystora i chcemy obliczyć β z tej informacji. Potrzebowalibyśmy definicji beta odlewu w kategoriach I E i I B zamiast I C i I B.

Zastosuj podstawienie algebraiczne do wzoru β = ((I C ) / (I B )) tak, że beta (β) jest zdefiniowana w kategoriach I E i I B. Możesz znaleźć następujące równanie pomocne w swojej pracy:

I E = I C + I B

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

β = I E


I B

- 1

Uwagi:

To pytanie jest niczym innym, jak ćwiczeniem algebraicznej manipulacji.

Pytanie 4

Parametrem tranzystora dwubiegunowego podobnego do β jest "alfa", symbolizowana przez grecką literę α. Definiuje się go jako stosunek prądu kolektora do prądu emitera:

α = I C


I E

Zastosuj podstawienie algebraiczne do tej formuły, aby alfa zdefiniowano jako funkcję beta: α = f (β). Innymi słowy, podstawiaj i manipuluj tym równaniem, dopóki nie masz alfa samo z jednej strony i bez zmiennej z wyjątkiem beta z drugiej.

W pracy możesz znaleźć następujące równania:

β = I C


I B

I E = I C + I B

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

α = β


β + 1

Pytanie uzupełniające: jaki zakres wartości można oczekiwać dla α, z typowym tranzystorem?

Uwagi:

To pytanie jest niczym innym, jak ćwiczeniem algebraicznej manipulacji.

Pytanie 5

Technik wykorzystuje funkcję "sprawdzania diody" multimetru, aby zidentyfikować zaciski na BJT. Istnieją tylko dwa miejsca, w których uzyskano odczyt nieskończony i są one następujące:

Na podstawie tych pomiarów określ, jaki jest typ BJT (PNP lub NPN) i zidentyfikuj wszystkie trzy zaciski.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Bardzo użyteczną umiejętnością jest identyfikacja BJT za pomocą funkcji "sprawdzania diody" na multimetrze.

Pytanie 6

Przewodzenie prądu elektrycznego przez końcówkę kolektora tranzystora z dwubiegunowym złączem wymaga, aby nośniki mniejszościowe były "wtryskiwane" do obszaru podstawowego przez prąd bazy-emiter. Dopiero po wtryśnięciu do regionu podstawowego, te nośniki ładunku mogą być przesuwane w kierunku kolektora przez przyłożone napięcie między nadajnikiem a kolektorem w celu utworzenia prądu kolektora:

Analogicznie, aby to zilustrować, osoba rzuca płatki kwiatów w powietrze nad ich głową, podczas gdy bryza unosi płatki poziomo od nich. Żadnego z płatków kwiatowych nie można "pozbyć" przez wiatr, dopóki osoba nie wyrzuci ich w powietrze, a prędkość wiatru nie ma wpływu na to, ile płatków kwiatu zostanie usuniętych z osoby, ponieważ muszą one zostać uwolnione z czyjegoś uścisku, zanim będą mogli nigdzie jechać.

Odwołując się do schematu energetycznego lub analogii płatków kwiatów, wyjaśnij, dlaczego prąd kolektora dla BJT jest silnie uzależniony od prądu podstawowego i tylko pod niewielkim wpływem napięcia kolektor-emiter.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Działanie podrzucania płatków kwiatów do powietrza jest analogiczne do przenoszenia prądu podstawowego przez wstrzykiwanie nośników ładunku do regionu podstawowego tranzystora. Dryfowanie tych wyrzucanych płatków przez wiatr jest analogiczne do zamiatania nośników ładunku przez podstawę i do kolektora przez V CE . Podobnie jak liczba dryfujących płatków kwiatów, ilość prądu kolektora nie zależy w dużej mierze od siły V CE (siły wiatru), ale raczej od szybkości wtłaczanych nośników ładunku (liczba płatków podnoszonych w górę na sekundę) .

Uwagi:

To jedna z moich lepszych analogii do wyjaśnienia działania BJT, szczególnie dla zilustrowania, dlaczego I C jest prawie niezależny od V CE . Pomaga również wyjaśnić czas regeneracji tranzystorów: wyobraź sobie, jak długo trwa usuwanie powiek z płatków kwiatu po tym, jak przestałeś je rzucać, analogicznie do ukrytych nośników ładunku, które muszą zostać usunięte z regionu podstawowego przez V CE po prądzie bazowym przystanki.

Pytanie 7

Funkcja tranzystora bipolarnego (BJT) jest zwykle rozpatrywana w kategoriach prądów: stosunkowo mały prąd przez jedno z zacisków tranzystora wywiera kontrolę nad znacznie większym prądem. Narysuj kierunki wszystkich prądów dla tych dwóch tranzystorów (jeden NPN i jeden PNP), jednoznacznie identyfikując który z prądów steruje i który z prądów jest kontrolowany:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Słyszałem tego rodzaju pytania zadawane w wywiadach z technikami. Wiedząc, w jaki sposób prądy przechodzą przez BJT, uważany jest za bardzo podstawowy aspekt wiedzy elektroników i nie bez powodu. Niemożliwe jest zrozumienie funkcji wielu obwodów tranzystorowych bez mocnego uchwycenia, który sygnał wywiera kontrolę nad jakim innym sygnałem w obwodzie.

Pytanie 8

Współczynnik "beta" (β) dwubiegunowego tranzystora złącza, czasami alternatywnie określany jako h FE, jest bardzo ważnym parametrem urządzenia. W istocie opisuje on moc wzmacniającą tranzystora. Podaj matematyczną definicję tego parametru i podaj niektóre typowe wartości z arkuszy danych tranzystorów.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

β definiuje się jako stosunek między prądem kolektora a prądem podstawowym. Pozwolę ci zbadać niektóre typowe wartości. Oto niektóre numery części tranzystorowych, które można badać arkusze danych dla:

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

Pytanie kontrolne nr 1: jakie warunki wpływają na współczynnik β tranzystora "uwagi ukryte"> Uwagi:

Poproś uczniów o pokazanie przynajmniej jednego arkusza danych dla jednego z wymienionych tranzystorów. Dzięki dostępowi do Internetu arkusze danych są niezwykle łatwe do zlokalizowania. Twoi uczniowie będą musieli być w stanie zlokalizować arkusze danych składników i notatki aplikacji w ramach obowiązków związanych z pracą, więc upewnij się, że wiedzą, jak i gdzie uzyskać dostęp do tych cennych dokumentów!

Kolejna kwestia jest ważna do omówienia, ponieważ β jest daleko od stabilnego dla większości tranzystorów! Ten punkt jest często pomijany w podstawowych podręcznikach elektronicznych, pozostawiając uczniom fałszywe wrażenie, że obliczenia obwodu tranzystora przy użyciu β są znacznie dokładniejsze niż w rzeczywistości.

Pytanie 9

Znajdź jeden lub dwa prawdziwe tranzystory z dwubiegunowym złączem i zabierz je ze sobą na zajęcia do dyskusji. Zidentyfikuj jak najwięcej informacji na temat swoich tranzystorów przed dyskusją:

Identyfikacja terminala (terminalem jest baza, emiter, kolektor)
Ciągła moc znamionowa
Typowy β
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli to możliwe, znajdź arkusz danych producenta dla twoich komponentów (lub przynajmniej arkusz danych dla podobnego komponentu), aby porozmawiać z kolegami z klasy. Przygotuj się do udowodnienia terminalowej identyfikacji swoich tranzystorów w klasie, używając multimetru!

Uwagi:

Celem tego pytania jest doprowadzenie uczniów do kinestetycznej interakcji z tematem. To może wydawać się głupie, gdy uczniowie angażują się w ćwiczenia "pokaż i powiedz", ale odkryłem, że takie działania bardzo pomagają niektórym uczniom. Dla tych uczących się, którzy mają kinestetyczny charakter, bardzo pomocne jest dotknięcie prawdziwych elementów podczas uczenia się o ich funkcji. Oczywiście to pytanie stanowi także doskonałą okazję do ćwiczenia interpretacji oznaczeń elementów, korzystania z multimetru, kart z danymi dostępowymi itp.

Pytanie 10

Dopasuj następujące ilustracje bipolarnego tranzystora do ich odpowiednich symboli schematycznych:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: zidentyfikować zaciski na każdym schemacie tranzystora (podstawa, emiter i kolektor).

Uwagi:

Pamiętaj, aby zapytać uczniów, który z tych symboli tranzystorów reprezentuje typ "NPN" i który reprezentuje typ "PNP". Chociaż z "kanapkowych" ilustracji przedstawiających warstwy materiału "P" i "N" będzie oczywiste, fakt ten może wymknąć się uwadze kilku uczniów.

Może to pomóc w przejrzeniu symboli diod, jeśli niektórzy uczniowie mają trudności z dopasowaniem oznaczeń (PNP do NPN) za pomocą symboli schematycznych.

Pytanie 11

Gdybyśmy porównali schematy energetyczne dla trzech kawałków półprzewodnikowego materiału, dwóch typów "N" i jednego "P" obok siebie, zobaczylibyśmy coś takiego:

Obecność domieszek w materiałach półprzewodnikowych powoduje różnice w poziomie energii Fermiego (E f ) w każdym elemencie.

Narysuj nowy diagram energii pokazujący stan równowagi trzech elementów po ich połączeniu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Jeśli uczniowie znają diagramy pasm energetycznych dla połączeń diody PN, nie powinni mieć trudności z narysowaniem schematu energetycznego dla połączenia NPN.

Pytanie 12

Działanie tranzystora można wyjaśnić na podstawie trzech różnych prądów: wtrysku, dyfuzji i zbierania . Opisz, czym są te prądy i jak pomagają wyjaśnić wzmacniający charakter tranzystora.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Prąd "wtryskowy" składa się z większości nośników ładunku (albo elektronów albo otworów, w zależności od typu tranzystora), które są "wtryskiwane" z obszaru emitera do bazowego regionu tranzystora. "Prąd dyfuzyjny" to prąd płynący przez terminal bazowy tranzystora będący wynikiem rekombinacji elektronów i dziur w złączu emiter-baza. Większość prądu wtrysku staje się jednak prądem "zbierania" i przechodzi przez zacisk kolektora tranzystora.

Pytanie dotyczące wyzwania: wyjaśnij, w jaki sposób względne stężenia dopingu w regionach emitera, bazy i kolektora mają kluczowe znaczenie dla umożliwienia działania tranzystora jako urządzenia wzmacniającego. Co stanie się z prądem zbierania, na przykład, jeśli kolektor był tak silnie domieszkowany, jak emitent "notatki ukryte"> Uwagi:

Kiedy uczniowie badają i używają tych terminów w swoich badaniach tranzystorów z dwubiegunowym złączem, teoria działania BJT powinna stać się bardziej oczywista. Terminy naprawdę są dobrze dobrane, dokładnie przedstawiając ruchy nośników ładunku w strukturze tranzystora.

Pytanie 13

Prześledzić ścieżki wtrysku, dyfuzji i prądy gromadzenia na tym schemacie energetycznym tranzystora NPN podczas jego przeprowadzania:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Obraz jest wart tysiąca słów, mówią. Dla mnie ta ilustracja jest tą, która w końcu uczyniła tranzystory sensownym dla mnie. Poprzez przesuwanie do przodu złącza bazowego emitera, nośniki mniejszości są wstrzykiwane do podstawy (elektrony w materiale typu "P", w przypadku tranzystora NPN), które następnie łatwo wpadają w obszar kolektora. Ten schemat energetyczny jest nieoceniony dla wyjaśnienia, dlaczego prąd kolektora może płynąć nawet wtedy, gdy złącze podstawowe-kolektor jest odwrócone.

Pytanie 14

Prześledzić ścieżki wtrysku, dyfuzji i prądu zbierania na tym schemacie energetycznym tranzystora PNP podczas jego przeprowadzania:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Obraz jest wart tysiąca słów, mówią. Dla mnie ta ilustracja jest tą, która w końcu uczyniła tranzystory sensownym dla mnie. Poprzez przesuwanie do przodu złącza bazowego emitera, nośniki mniejszości są wstrzykiwane do podstawy (otwory w materiale typu "N", w przypadku tranzystora PNP), które następnie łatwo podnoszą się do obszaru kolektora. Ten schemat energetyczny jest nieoceniony dla wyjaśnienia, dlaczego prąd kolektora może płynąć nawet wtedy, gdy złącze podstawowe-kolektor jest odwrócone.

Patrząc na schematy energetyczne, pomocne jest myślenie o naturalnym ruchu dziury w postaci pęcherzyków powietrza w cieczy, próbując wznieść się tak wysoko, jak to tylko możliwe, w wyznaczonym pasie.

Pytanie 15

Z badania schematu energetycznego dla BJT w jego trybie przewodzenia (prąd istniejący przez każdy z trzech terminali: nadajnik, podstawa i kolektor), określić odchylenie dwóch połączeń PN:

Koniec bazy emitera ( naprzód lub wsteczny "# 15"> Reveal answer Ukryj odpowiedź

Złącze bazowe emiter jest skierowane do przodu, a połączenie podstawa-kolektor jest odwrócone. Prąd kolektora jest możliwy w poprzek złącza bazowego kolektora dzięki obecności wstrzykiwanych nośników ładunku z emitera.

Uwagi:

Na to pytanie można odpowiedzieć tylko wtedy, gdy zrozumie się poziomy energii wewnątrz BJT. Najczęstsze wyjaśnienia funkcji BJT, które znalazłem we wstępnych (nie inżynieryjnych) podręcznikach, całkowicie pomijają dyskusje o poziomach energii, co czyni przedmiot bardzo mylącym dla nowych uczniów.

Pytanie 16

Tranzystory z połączeniem dwubiegunowym są klasyfikowane jako urządzenia nośne mniejszości . Wyjaśnij dlaczego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przewodzenie przez BJT zależy od "wsunięcia" nośników ładunku do warstwy bazowej tranzystora, a te nośniki ładunku są zawsze typu "mniejszościowego" w odniesieniu do domieszkowania bazy.

Uwagi:

Zwróć uwagę uczniów, że istnieje coś takiego jak tranzystor typu większościowego, ale nie przypomina on BJT ani w konstrukcji, ani w działaniu.

Pytanie 17

Tranzystory działają jako kontrolowane źródła prądu . Oznacza to, że przy stałym sygnale kontrolnym regulują one ilość przepływającego prądu. Zaprojektuj układ doświadczalny, aby udowodnić tę tendencję tranzystorów. Innymi słowy, w jaki sposób można wykazać, że to zachowanie regulujące prąd jest faktem?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Procedura: zmierzyć spadek napięcia na R C przy zmieniającej się wartości V CC, dla kilku różnych wartości I B (wywnioskowanych przez pomiar spadku napięcia na RB).

Uwagi:

Tutaj uczniowie muszą myśleć jak eksperymentalni naukowcy: zastanawiają się, jak dowieść względnej stabilności jednej zmiennej, pomimo zmian w innej, przy utrzymaniu stałej zmiennej sterującej. Zachęć swoich uczniów, aby faktycznie zbudowali ten obwód!

Pytanie 18

Porównaj względne wielkości każdego prądu w obwodzie bipolarnego tranzystora:

Który prąd jest najmniejszy i który jest największym "# 18"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

I E > I C >> I B

Uwagi:

Zwróć uwagę na krótki charakter odpowiedzi. To matematyczne wyrażenie mówi wszystko i jest to dobra analiza symboli nierówności.

Pytanie 19

Czy terminale kolektora i nadajnika tranzystora są wymienne? Jeśli nie, jaka jest fizyczna różnica między emiterem a kolektorem?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Emiter jest mniejszy i bardziej "domieszkowany" niż kolektor.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, czy istnieje sposób na odróżnienie terminali emitera i kolektora od tranzystora, od zewnętrznych pomiarów miernika. Jest!

Pytanie 20

Początkujący student elektroniki właśnie uczy się o tranzystorach i czyta w podręczniku, że dwubiegunowy tranzystor (NPN lub PNP) można uważać za dwie diody połączone w jedną całość:

Działając na ten pomysł, uczeń przystępuje do połączenia dwóch diod prostowniczych 1N4001 w tył i do tyłu i próbuje użyć go jako tranzystora. Pomysł ten nie działa: chociaż para diod odczytuje te same wzory ciągłości, co tranzystor, nie wzmacnia się. Wyjaśnij dlaczego.

Uwaga: jest to dość głębokie pytanie, na które nie można odpowiedzieć bez zrozumienia poziomów energii nośnika opłat i zachowania połączeń półprzewodnikowych.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ten prowizoryczny tranzystor nie będzie działał, ponieważ metalowe połączenie pomiędzy dwoma materiałami typu "P" (anodami diodowymi) uniemożliwia wtrysk elektronów mniejszościowych (poziom pasma przewodzenia) do materiału "P" diody po stronie kolektora.

Pytanie uzupełniające: co tak naprawdę oznacza podręcznik stwierdzający, że tranzystory bipolarne są równoważne z tylnymi diodami, jeśli dwie diody połączone plecami do siebie nie wykazują zachowania wzmacniającego "uwagi ukryte"> Uwagi:

Pomysł na to pytanie pochodzi z osobistych doświadczeń. Naprawdę próbowałem zbudować swój własny tranzystor z dwóch diod "back-to-back" i nie zdałem sobie z tego sprawy. Minęło wiele lat, zanim w końcu zrozumiałem wystarczająco dużo o fizyce półprzewodników, aby zrozumieć, dlaczego to nie zadziała!

Pytanie 21

Jak wytłumaczysz warunki niezbędne do przewodzenia prądu elektrycznego przez BJT? Należy opisać BJT w celu przeprowadzenia prądu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Złącze PN bazy-emiter musi być przesunięte do przodu, a polaryzacja napięcia między kolektorem a emiterem musi być taka, aby prąd kolektora był zasilany prądem podstawowym, aby był równy prądowi emitera.

Uwagi:

Jest to prawdopodobnie najważniejsze pytanie, na które twoi uczniowie mogą nauczyć się odpowiadać, gdy po raz pierwszy uczysz się BJT. Co dokładnie jest konieczne, aby go włączyć? Poproś uczniów, aby sporządzili diagramy, aby zilustrować swoje odpowiedzi, jakie przedstawiają przed klasą.

Pytanie 22

Narysuj biegunowość (+ i -) przyłożonych napięć niezbędnych do włączenia obu tych tranzystorów:

Należy również narysować kierunek kontrolowanego prądu (płynący między kolektorem a emiterem), który będzie wynikał ze źródła zasilania prawidłowo podłączonego między tymi zaciskami.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: narysuj źródła napięcia niezbędne do wytworzenia "kontrolowanego" prądu śledzonego na tych wykresach, tak aby przyłożona polaryzacja napięcia między kolektorem a emiterem była ewidentna.

Uwagi:

Jest to bardzo ważna koncepcja dla studentów: jak włączyć BJT przy przyłożonym napięciu między bazą a emiterem, a także w którym kierunku przechodzi kontrolowany prąd. Koniecznie poświęćmy trochę czasu na omówienie tego, ponieważ ma to zasadnicze znaczenie dla zrozumienia działania BJT.

Pytanie 23

Studenci nowi w badaniach tranzystorów często mają trudności z zapamiętywaniem właściwych kierunków prądów przez tranzystory bipolarnego złącza, ponieważ istnieją trzy różne prądy (I B, I C, I E ) i muszą "siatkować" przez tranzystor w określony sposób .

Narysuj właściwe bieżące kierunki dla każdego z tych tranzystorów i wyjaśnij, w jaki sposób jesteś w stanie zapamiętać prawidłowe kierunki, w których się poruszają:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Zamiast przedstawiać "regułę" do wykorzystania w zapamiętywaniu właściwych aktualnych kierunków, zgadzam się, aby uczniowie sami to sobie wyobrazili. Ważnym elementem tego powinna być matematyka prądów BJT, przede wszystkim to równanie:

I E = I C + I B

Ta relacja, w połączeniu z obowiązującym prawem Kirchhoffa, powinna zapewnić wszelką pomoc niezbędną do sformułowania reguły.

Pytanie 24

Przewiduj, w jaki sposób wszystkie trzy prądy tranzystorowe (I B, I C i I E ) zostaną zakłócone w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Rezystor podstawowy RB nie działa poprawnie:
Rezystor kolektora R C nie działa poprawnie:
Mostek lutowniczy (krótki) za rezystorem podstawowym R B :
Mostek lutowniczy (krótki) z ostatniego rezystora kolektora R C :

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystor podstawowy RB nie działa poprawnie: wszystkie trzy prądy zatrzymują się.
Rezystor kolektora R C nie działa: prąd podstawowy pozostaje niezmieniony, prąd kolektora zatrzymuje się, prąd emitera spada do wartości prądu podstawowego ( IE = I B ).
Mostek lutowniczy (krótki) za rezystor bazowy R B : Wszystkie trzy prądy znacznie się zwiększają, tranzystor prawdopodobnie przegrzeje się i ulegnie awarii.
Mostek lutowniczy (krótki) w przeszłości rezystor kolektora R C : Prąd podstawowy bez zmian, prąd kolektora nieznacznie wzrasta (najlepiej wcale się nie zmienia!), Tranzystor rozprasza więcej mocy w postaci ciepła (może się przegrzać). :

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 25

Na podstawie tych wskazań testera ciągłości DC, jaki jest typ tranzystora, PNP lub NPN "compact">

Rezystancja z ujemnym przewodem pomiarowym na styku 1, dodatni przewód pomiarowy na styku 2: brak ciągłości
Rezystancja z ujemnym przewodem pomiarowym na styku 1, dodatni przewód pomiarowy na styku 3: brak ciągłości
Rezystancja z ujemnym przewodem pomiarowym na styku 2, dodatni przewód pomiarowy na styku 1: brak ciągłości
Rezystancja z ujemnym przewodem pomiarowym na styku 2, dodatni przewód pomiarowy na styku 3: brak ciągłości
Odporność na ujemny przewód pomiarowy na styku 3, dodatni przewód pomiarowy na styku 1: ciągłość
Rezystancja z ujemnym przewodem pomiarowym na styku 3, dodatni przewód pomiarowy na styku 2: ciągłość

Ponadto, najlepiej jak potrafisz, zidentyfikuj trzy terminale tranzystora (emiter, podstawa i kolektor).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To jest tranzystor PNP. Pin 3 to podstawa, a piny 1 i 2 to emiter / kolektor lub kolektor / emiter (nie można mieć pewności, która).

Uwagi:

Poinformuj swoich uczniów o ryzyku związanym z użyciem multimetru analogowego (w trybie omomierza) do testowania elementów półprzewodnikowych. Niektóre niedrogie analogowe projekty multimetrów faktycznie przełączają biegunowość przewodów pomiarowych w trybie omomierza. Innymi słowy, czerwony przewód pomiarowy faktycznie łączy się z ujemną stroną wewnętrznej baterii licznika, podczas gdy czarny przewód pomiarowy łączy się z dodatnią stroną wewnętrznej baterii! Jeśli jesteś przyzwyczajony do kojarzenia koloru czerwonego z dodatnim i czarnym z negatywem, zmiana ta będzie zaskoczeniem.

Zapytaj uczniów: jaki wpływ miałaby zmiana polaryzacji, taka jak ta, którą właśnie opisano, na określenie tożsamości tranzystora? Co jeśli osoba pomyślała, że ​​czerwony przewód jego licznika jest dodatni, a czarny ołów ujemny, podczas gdy w rzeczywistości jest dokładnie odwrotnie? Czy wpłynie to na ich zdolność do dokładnej identyfikacji terminali tranzystora? Dlaczego lub dlaczego nie?

Pytanie 26

Wiele multimetrów cyfrowych posiada zakres "kontroli diod", który pozwala użytkownikowi zmierzyć spadek napięcia na przewodzie złącza PN:

Podczas korzystania z multimetru z tą funkcją do identyfikacji końcówek dwubiegunowego tranzystora złącza, wskazanie spadku napięcia jest niezbędne, aby odróżnić zacisk kolektora od zacisku emitera. Wyjaśnij, w jaki sposób rozróżnienie to jest dokonywane na podstawie pomiaru napięcia w przód, a także wyjaśnij, dlaczego tak się dzieje.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Złącze podstawy emitera ma nieco większy spadek napięcia przewodzenia niż połączenie podstawa-kolektor. Pozwolę ci wyjaśnić, dlaczego!

Uwagi:

Jestem zaskoczony, że wiele podręczników nie wyjaśnia, jak identyfikować terminale BJT za pomocą multimetru (zwłaszcza multimetru z funkcją "sprawdzania diody"). Jest to bardzo ważna umiejętność dla techników, ponieważ często będą mieli do czynienia z identyfikacją terminali tranzystorowych w przypadku braku arkuszy danych lub innych graficznych odniesień do terminali urządzeń.

Pytanie 27

Wskaż terminale tego BJT, a także typ BJT ( NPN lub PNP ):

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Znalazłem technikę multimetru "sprawdzania diod", aby odnieść sukces w identyfikacji terminali BJT.

Pytanie 28

Jednym z najważniejszych parametrów dla elementów półprzewodnikowych jest moc znamionowa . Wyjaśnij, dlaczego moc znamionowa jest tak ważnym parametrem, szczególnie w porównaniu z innymi typami elementów elektronicznych (rezystory, cewki, kondensatory itp.).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Urządzenia półprzewodnikowe są szczególnie wrażliwe na temperaturę. Dlatego najważniejsze jest utrzymanie rozpraszania mocy poniżej maksymalnych poziomów znamionowych.

Pytanie dotyczące wyzwania: niektóre półprzewodnikowe arkusze danych określają wartości wysokości (wysokość nad poziomem morza) wraz z wartościami mocy. Wyjaśnij, dlaczego wysokość ma coś wspólnego z mocą znamionową podzespołu elektronicznego.

Uwagi:

Wysoka temperatura to zmora większości półprzewodników. Klasycznym tego przykładem, choć nieco przestarzałym, jest czułość temperaturowa oryginalnych tranzystorów germanowych. Urządzenia te były niezwykle wrażliwe na ciepło i szybko zawodziłyby, gdyby mogły się przegrzać. Inżynierowie zajmujący się konstrukcją półprzewodnikową musieli bardzo uważać na techniki stosowane w obwodach tranzystorowych, aby zagwarantować, że ich czułe tranzystory germanowe nie ucierpią z powodu "termicznej ucieczki" i zniszczą się.

Krzem jest o wiele bardziej wybaczający niż german, ale ciepło nadal stanowi problem z tymi urządzeniami. W chwili pisania tego tekstu (2004 r.) Obiecujące prace rozwojowe dotyczą technologii węglika krzemu i tranzystora z azotkiem galu, która może działać w znacznie wyższych temperaturach niż krzem.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →