Konwencjonalny przegląd tranzystorów i specjalne tranzystory

EMT-Systems - Szkolenia z obsługi i programowania obrabiarek CNC oraz konwencjonalnych (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Konwencjonalny przegląd tranzystorów i specjalne tranzystory

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Mikrokontroler to wyspecjalizowany typ komputera cyfrowego służący do automatycznego sekwencjonowania lub sterowania systemem. Mikrokontrolery różnią się od zwykłych komputerów cyfrowych bardzo małymi rozmiarami (zwykle jednym układem scalonym), z kilkoma dedykowanymi pinami do wprowadzania i / lub wyprowadzania sygnałów cyfrowych i ograniczonej pamięci. Instrukcje zaprogramowane w pamięci mikrokontrolera informują, jak reagować na warunki wejściowe i jakie typy sygnałów należy wysłać na wyjścia.

Najprostszym rodzajem sygnału "rozumianego" przez mikrokontroler jest dyskretny poziom napięcia: albo "wysoki" (w przybliżeniu + V), albo "niski" (w przybliżeniu potencjał ziemi) zmierzony przy określonym pinie na chipie. Tranzystory znajdujące się wewnątrz mikrokontrolera wytwarzają te sygnały "wysokie" i "niskie" na stykach wyjściowych, a ich działania są modelowane za pomocą przełączników SPDT dla uproszczenia:

Nie wymaga dużej wyobraźni, aby wizualizować, w jaki sposób mikrokontrolery mogą być używane w praktycznych systemach: włączanie i wyłączanie urządzeń zewnętrznych zgodnie z pinami wejściowymi i / lub warunkami czasowymi. Przykłady obejmują sterowanie urządzeniem (timery pieców, regulatory temperatury), sterowanie silnikiem samochodowym (wtryskiwacze paliwa, czas zapłonu, systemy autodiagnostyki) i robotykę (uruchamianie serwomechanizmów, przetwarzanie sensoryczne, logika nawigacji). W rzeczywistości, jeśli mieszkasz w uprzemysłowionym kraju, prawdopodobnie posiadasz kilkadziesiąt mikrokontrolerów (osadzonych w różnych urządzeniach) i nawet nie zdajesz sobie z tego sprawy!

Jednym z praktycznych ograniczeń mikrokontrolerów jest jednak ich niski poziom wyjściowy prądu napędowego: zwykle mniej niż 50 mA. Miniaturyzacja wewnętrznych obwodów mikrokontrolera zabrania włączania tranzystorów wyjściowych mających jakąkolwiek znaczącą moc znamionową, a więc musimy podłączyć tranzystory do pinów wyjściowych, aby sterować jakimkolwiek znaczącym obciążeniem (s).

Załóżmy, że chcielibyśmy, aby mikrokontroler napędzał sterowany prądem stałym zawór elektromagnetyczny wymagający 2 amperów prądu przy 24 woltach. Prostym rozwiązaniem byłoby użycie tranzystora NPN jako urządzenia "interpolującego" między mikrokontrolerem a zaworem elektromagnetycznym w następujący sposób:

Niestety, pojedynczy BJT nie zapewnia wystarczającego wzmocnienia prądu do uruchomienia solenoidu. Przy 20 mA prądu wyjściowego ze szpilki mikrokontrolera i β tylko 25 (typowe dla tranzystora mocy), zapewnia to tylko około 500 mA cewce elektromagnesu.

Rozwiązaniem tego problemu są dwa tranzystory bipolarne w układzie pary Darlington :

Jednak istnieje jeszcze inne rozwiązanie - zastąp pojedyncze BJT pojedynczym tranzystorem MOSFET, który w ogóle nie wymaga prądu. Pokaż, jak to zrobić:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Celem tego rozwlekłego pytania jest nie tylko po to, aby uczniowie wymyślili, jak zamienić BJT na MOSFET, ale także aby wprowadzić je do koncepcji mikrokontrolera, który jest urządzeniem o rosnącym znaczeniu w nowoczesnych systemach elektronicznych.

Niektórzy uczniowie mogą zapytać o cel diody w tym obwodzie. Wyjaśnij im, że jest to dioda komutująca, zwana czasami diodą wolnobieżną, niezbędna, aby zapobiec nadmiernemu napięciu tranzystora przez tranzystory wysokonapięciowe wytwarzane przez cewkę elektromagnesu przy wyłączonym napięciu ("odruch indukcyjny").

pytanie 2

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

pytanie 3

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 4

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 5

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 6

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 7

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 8

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 9

Sprawdź poniższy symbol tranzystora:

Zidentyfikuj następujące elementy:

Typ tranzystora ( BJT, JFET lub MOSFET )
Doping półprzewodnikowy ( NPN, PNP, kanał N, kanał P )
Identyfikacja wszystkich 3 terminali ( baza, kolektor, emiter, brama, drenaż, źródło )
Kierunek prądu każdego zacisku dla prawidłowej pracy tranzystora ( upewnij się, że korzystasz z konwencjonalnego zapisu przepływu lub elektronu.Jeżeli aktualny kierunek nie jest ważny, lub jeśli w ogóle nie ma prądu, koniecznie powiedz to! )
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie bada pewną podstawową, ale ważną wiedzę na temat identyfikacji i działania tranzystora. Jeśli uczniowie mają trudności ze zidentyfikowaniem wszystkich parametrów wymaganych w tym pytaniu, musisz poświęcić więcej czasu na podstawy tranzystora, zanim przejdziesz do innych aspektów obwodów tranzystorowych!

Pytanie 10

Zidentyfikuj każdy typ tranzystora (MOSFET, JFET lub BJT, kanał N, kanał P, NPN lub PNP, typ E lub typ D) i co musi być podłączone do terminala sterującego każdego tranzystora ( podstawa lub bramka), aby je włączyć, aby żarówka była zasilana energią:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: w przypadku JFET, który jest już "włączony" przy zerowym napięciu zastosowanym do bramki, należy opisać, co byłoby konieczne, aby przełączyć go w stan "wyłączony".

Uwagi:

Bardzo ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, jakie warunki są konieczne, aby doprowadzić dowolny z tych typów tranzystorów do swoich stanów ön ", jako prekursora do zrozumienia ich funkcji w obwodach liniowych (analogowych).

Pytanie 11

Zidentyfikuj każdy typ tranzystora (MOSFET, JFET lub BJT, kanał N, kanał P, NPN lub PNP, typ E lub typ D) i co musi być podłączone do terminala sterującego każdego tranzystora ( podstawa lub bramka), aby je włączyć, aby żarówka była zasilana energią:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: w przypadku JFET, który jest już "włączony" przy zerowym napięciu zastosowanym do bramki, należy opisać, co byłoby konieczne, aby przełączyć go w stan "wyłączony".

Uwagi:

Bardzo ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, jakie warunki są konieczne, aby doprowadzić dowolny z tych typów tranzystorów do ich stanów "on", jako prekursora zrozumienia ich funkcji w obwodach liniowych (analogowych).

Pytanie 12

Pokazano tutaj schemat prostego samochodowego układu zapłonowego, aby wytworzyć impulsy wysokiego napięcia wystarczające do zasilania świecy zapłonowej w silniku:

Inżynier decyduje się na wymianę BJT na MOSFET i dociera do następującego projektu obwodu:

Wyjaśnij, jak działa ten zmieniony obwód. Kiedy MOSFET przewodzi prąd, kiedy styki punktowe są otwarte lub zamknięte "# 12"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

MOSFET przewodzi prąd, gdy styki punktowe są otwarte, co jest przeciwieństwem BJT. Pozwolę ci dowiedzieć się, jaki jest cel rezystora!

Uwagi:

Gdyby to był prawdziwy system zapłonu, czas musiałby zostać skorygowany, ponieważ iskra będzie teraz wytwarzana za każdym razem, gdy punkty będą się zbliżać, a nie za każdym razem, gdy punkty będą się otwierać tak, jak przedtem (z BJT). Omów działanie tego obwodu ze swoimi uczniami, prosząc ich o wyjaśnienie, w jaki sposób znają status MOSFET (a także o status BJT).

Pytanie 13

W tym układzie napięcie wyjściowe cyfrowego obwodu czasowego steruje ładowaniem i rozładowaniem sieci rezystor-kondensator. Wewnętrzne działanie cyfrowego obwodu czasowego są ukryte dla uproszczenia, ale możemy modelować go jako dwupozycyjny przełącznik, wysyłając albo "wysoki" sygnał napięciowy (pełne napięcie zasilania) lub "niski" sygnał napięciowy (potencjał masy) w regularnych odstępach:

Najpierw należy określić, jaki poziom sygnału z obwodu cyfrowego ("wysoki" lub "niski") powoduje ładowanie kondensatora i jaki poziom powoduje jego rozładowanie. Następnie wymień BJT na odpowiedni MOSFET, aby uzyskać dokładnie tę samą funkcję czasową:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

W wersji BJT obwodu, "niski" sygnał wyjściowy przez obwód cyfrowy powoduje ładowanie kondensatora. To samo dzieje się w tej wersji obwodu MOSFET:

Pytanie uzupełniające: wyjaśnij, dlaczego nie jest wymagany żaden rezystor szeregowo z bramką MOSFET, jak to było w przypadku bazy BJT w oryginalnej wersji obwodu.

Uwagi:

Ten obwód mógłby zostać użyty jako wprowadzenie do zegara 555, ponieważ ten układ scalony wykorzystuje ten sam schemat dla rozładowania kondensatora.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →