Bipolær Junction Transistor (BJT) teori

How Does a Transistor Work? (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Bipolær Junction Transistor (BJT) teori

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbskonstruktionen, og vælg modstandsværdier, der er høje nok til at skade eventuelle aktive komponenter usandsynligt.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle spændings- og strømværdier.
  6. Mål forsigtigt alle spændinger og strømme for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

Når elever først lærer om halvlederindretninger, og som mest sandsynligt vil beskadige dem ved at foretage ukorrekte forbindelser i deres kredsløb, anbefaler jeg, at de eksperimenterer med store komponenter med høj wattage (1N4001 rectifying dioder, TO-220 eller TO-3-tilfælde strømtransistorer, osv.), og ved brug af tørcelle batterikilder snarere end en strømforsyning. Dette mindsker sandsynligheden for komponentskader.

Som sædvanlig, undgå meget høje og meget lave modstand værdier for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading" (i den høje ende) og for at undgå transistor udbrænding (i den lave ende). Jeg anbefaler modstande mellem 1 kΩ og 100 kΩ.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

Effektfordelingen af ​​en transistor er givet ved følgende ligning:

P = I C  V CE + V BE


β

 ⎠

Manipulere denne ligning for at løse for beta, givet alle de andre variabler.

Reveal svar Skjul svar

β = V BE


P


Jeg C

- V CE

Bemærkninger:

Selvom dette spørgsmål i det væsentlige ikke er mere end en øvelse i algebraisk manipulation, er det også en god indledning til en diskussion om betydningen af ​​magtfordeling som en halvleder-enhedsklassificering.

Høj temperatur er bane for de fleste halvledere, og høj temperatur er forårsaget af for stor strømafledning. Et klassisk eksempel på dette, men lidt dateret, er temperaturfølsomheden af ​​de originale germaniumtransistorer. Disse anordninger var yderst følsomme for varme og ville svigte ret hurtigt, hvis de fik lov til at overophedes. Solid state design ingeniører var nødt til at være meget forsigtige i de teknikker, de brugte til transistor kredsløb for at sikre, at deres følsomme germanium transistorer ikke ville lide af "termisk runaway" og ødelægge sig selv.

Silicium er meget mere tilgivende end germanium, men varme er stadig et problem med disse enheder. På tidspunktet for denne skrivning (2004) er der lovende udviklingsarbejde på siliciumcarbid og gallium nitrid transistorteknologi, som kan fungere under meget højere temperaturer end silicium.

Spørgsmål 3

Antag at vi kun kendte emitteren og basisstrømmene for en driftstransistor og ønskede at beregne β fra disse oplysninger. Vi ville have brug for en definition af beta-cast i form af I E og I B i stedet for I C og I B.

Anvend algebraisk substitution med formlen β = ((I C ) / (I B )), så at beta (β) er defineret i form af I E og I B. Du kan finde følgende ligning nyttige i dit arbejde:

I E = I C + I B

Reveal svar Skjul svar

β = Jeg E


Jeg B

- 1

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er ikke mere end en øvelse i algebraisk manipulation.

Spørgsmål 4

En bipolær krydsetransistorparameter ligner β er "alfa", som er symboliseret af det græske bogstav α. Det defineres som forholdet mellem kollektorstrøm og emitterstrøm:

a = Jeg C


Jeg E

Anvend algebraisk substitution på denne formel, så alfa defineres som en funktion af beta: α = f (β). Med andre ord, erstatte og manipulere denne ligning, indtil du har alpha i sig selv på den ene side og ingen variabel undtagen beta på den anden.

Du kan finde følgende ligninger nyttige i dit arbejde:

β = Jeg C


Jeg B

I E = I C + I B

Reveal svar Skjul svar

a = β


p + 1

Opfølgningsspørgsmål: Hvilke værdier kan du forvente for α, med en typisk transistor?

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er ikke mere end en øvelse i algebraisk manipulation.

Spørgsmål 5

En tekniker bruger en multimeters "diode check" funktion til at identificere terminalerne på en BJT. Der er kun to steder, hvor der opnås en uendelig læsning, og de er som følger:

Af disse målinger bestemme hvilken type BJT dette er (PNP eller NPN) og identificere alle tre terminaler.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Det er en meget nyttig færdighed at kunne identificere en BJT ved hjælp af intet mere end "diode check" -funktionen på et multimeter.

Spørgsmål 6

Ledning af en elektrisk strøm gennem kollektorterminalen af ​​en bipolær forbindelsestransistor kræver, at minoritetsbærere "indsprøjtes" i basisområdet med en base-emitterstrøm. Først efter indsprøjtning i basisområdet kan disse ladningsbærere svejses mod opsamleren ved hjælp af den påførte spænding mellem emitter og kollektor for at udgøre en kollektorstrøm:

En analogi der hjælper med at illustrere dette er en person, der smider blomsterblade i luften over deres hoved, mens en brise bærer kronblade vandret væk fra dem. Ingen af ​​blomsterne kan blive væk fra brisen, indtil personen frigiver dem i luften, og brisenes hastighed har ingen betydning for, hvor mange blomsterklader der fejes væk fra personen, da de skal frigives fra personens greb inden de kan gå overalt.

Ved at henvise til enten energidiagrammet eller blomsterkalventilen, forklar hvorfor hvorfor kollektorstrømmen for en BJT påvirkes stærkt af basestrømmen og kun svagt påvirket af kollektor-til-emitterspændingen.

Reveal svar Skjul svar

Virkningen af ​​at smide blomsterbladene ind i luften er analog med basestrøminjektionsladningsbærere i basisområdet af en transistor. Drift af disse kastede kronblade ved vinden er analog med fejningen af ​​ladestyrere over bunden og ind i kollektoren af ​​V CE . Ligesom antallet af blomsterklader drev, afhænger mængden af ​​kollektorstrøm ikke meget på styrken af ​​V CE (vindstyrken), men snarere på ladningstransportørernes hastighed (antallet af kronblade kastet opad per sekund) .

Bemærkninger:

Dette er en af ​​mine bedre analogier til at forklare BJT operation, især for at illustrere hvorfor jeg C er næsten uafhængig af V CE . Det hjælper også med at forklare omvendt genopretningstid for transistorer: forestil dig, hvor længe det tager luften at rydde af kaste blomsterblad efter at du har stoppet med at kaste dem, analogt med at latente ladningsbærere skal fjernes fra basisområdet af V CE efter basisstrøm stopper.

Spørgsmål 7

Bipolær forbindelsestransistor (BJT) funktion betragtes normalt som strøm: en relativt lille strøm gennem en af ​​transistorens terminaler udøver kontrol over en meget større strøm. Tegn retningen for alle strømme for disse to transistorer (en NPN og en PNP), der tydeligt identificerer, hvilken af ​​strømmen der foretager kontrollen, og hvilken af ​​strømmen der styres:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Jeg har hørt spørgsmål af denne slags stillet til tekniker jobsamtaler. At vide, hvorledes strømme går gennem en BJT betragtes som et meget grundlæggende aspekt af elektronikteknikerens viden og med god grund. Det er umuligt at forstå funktionen af ​​mange transistor kredsløb uden en fast forståelse af hvilket signal der udøver kontrol over hvilket andet signal i et kredsløb.

Spørgsmål 8

Beta-forholdet (β) af en bipolær forbindelsestransistor, undertiden alternativt omtalt som h FE, er en meget vigtig enhedsparameter. I det væsentlige beskriver den forstærkerkraften af ​​transistoren. Giv en matematisk definition for denne parameter, og giv nogle typiske værdier fra transistordatablade.

Reveal svar Skjul svar

β er defineret som forholdet mellem samler og basestrøm. Jeg vil lade dig undersøge nogle typiske værdier. Her er nogle transistorpartnumre, du kunne undersøge dataark for:

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

Opfølgningsproblem # 1: Hvilke forhold påvirker β-forholdet mellem en transistor "noter skjult"> Noter:

Bed dine elever om at vise dig mindst én dataark for en af ​​de nævnte transistorer. Med internetadgang er dataark ekstremt let at finde. Dine elever skal kunne finde komponent dataark og ansøgningsnotater som led i deres arbejdsansvar, så vær sikker på at de ved, hvordan og hvor de skal få adgang til disse værdifulde dokumenter!

Opfølgningsspørgsmålet er vigtigt at diskutere, da β er langt fra stabil til de fleste transistorer! Dette punkt overses ofte i grundlæggende elektronik lærebøger, hvilket giver eleverne det falske indtryk, at transistorkredsløbsregninger med β er langt mere præcise, end de rent faktisk er.

Spørgsmål 9

Find en eller to ægte bipolære forbindelsestransistorer og bring dem med til klassen til diskussion. Identificer så meget information som muligt om dine transistorer før diskussion:

Terminalidentifikation (hvilken terminal er base, emitter, samler)
Kontinuerlig effekt rating
Typisk β
Reveal svar Skjul svar

Hvis det er muligt, skal du finde en fabrikants dataark for dine komponenter (eller i det mindste et datablad for en lignende komponent) for at diskutere med dine klassekammerater. Vær forberedt på at bevise de terminale identifikationer af dine transistorer i klassen ved at bruge et multimeter!

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at kinestetisk interagere med emnet. Det kan måske være fjollet at få eleverne til at deltage i en "show and tell" -øvelse, men jeg har fundet ud af, at aktiviteter som dette i høj grad hjælper nogle studerende. For de elever, der er kinestetiske i naturen, er det en stor hjælp til faktisk at røre virkelige komponenter, mens de lærer om deres funktion. Selvfølgelig giver dette spørgsmål også en glimrende mulighed for at praktisere tolkning af komponentmærkninger, bruge et multimeter, adgangsdatablade mv.

Spørgsmål 10

Match de følgende bipolære transistorillustrationer til deres respektive skematiske symboler:

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Identificer terminalerne på hvert transistor skematisk symbol (base, emitter og samler).

Bemærkninger:

Sørg for at spørge dine elever, hvilke af disse transistor symboler repræsenterer typen "NPN" og som repræsenterer typen "PNP". Selvom det vil være tydeligt for de fleste fra "sandwich" -illustrationerne, der viser lag af "P" og "N" -materiale, kan denne kendsgerning undslippe nogle få elever.

Det kan måske hjælpe med at gennemgå diode symboler, hvis nogle elever har svært ved at matche betegnelserne (PNP versus NPN) med de skematiske symboler.

Spørgsmål 11

Hvis vi skulle sammenligne energidiagrammerne for tre stykker halvledende materiale, ville vi se noget som dette: to "N" -typer og en "P" -type side om side:

Tilstedeværelsen af ​​doteringsmidler i halvledematerialerne skaber forskelle i Fermi-energiniveauet ( Ef ) inden for hvert stykke.

Tegn et nyt energidiagram, der viser ligevægtstilstanden for de tre stykker, efter at de er samlet sammen.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Hvis eleverne er bekendt med energibånddiagrammer for PN-diodeforbindelser, bør de ikke have noget svært ved at tegne et energidiagram for et NPN-kryds.

Spørgsmål 12

Transistoroperationen kan forklares med hensyn til tre forskellige strømme: injektion, diffusion og indsamling . Beskriv, hvad hver af disse strømme er, og hvordan de hjælper med at forklare den forstærkende karakter af en transistor.

Reveal svar Skjul svar

"Injektion" strøm består af de fleste ladningsbærere (enten elektroner eller huller, afhængigt af transistor typen), der "injiceres" fra emitterområdet til basisområdet af en transistor. "Diffusion" strøm er strømmen via transistorens baseterminal, der er resultatet af rekombination af elektroner og huller i emitter-baseforbindelsen. Størstedelen af ​​injektionsstrømmen bliver imidlertid "samling" strøm og går gennem transistorens kollektorterminal.

Udfordringsspørgsmål: Forklar hvordan de relative dopningskoncentrationer af emitter, base og kollektorområder er afgørende for at lade en transistor fungere som en forstærkningsenhed. Hvad ville der ske med indsamlingsstrømmen, for eksempel hvis samleren var så stærkt doteret som emitteren "noter skjult"> Noter:

Som studerende undersøger og bruger disse vilkår i deres undersøgelse af bipolære forbindelsestransistorer, bør teorien om BJT-drift blive mere tydelig. Vilkårene er virkelig velvalgte og repræsenterer nøjagtigt bevægelserne i ladningsbærere inden for transistorstrukturen.

Spørgsmål 13

Spor indsprøjtnings-, diffusions- og opsamlingsstrømmene i dette energidiagram for en NPN-transistor, som den fører:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Et billede er tusind ord værd, siger de. For mig er denne illustration den, der endelig gjorde transistorer fornuftige for mig. Ved forspænding af emitter-baseforbindelsen injiceres minoritetsbærere i basen (elektroner i materialet "P", i tilfælde af en NPN-transistor), som derefter nemt falder ind i kollektorområdet. Dette energidiagram er uvurderligt for at forklare, hvorfor solfangerstrømmen kan strømme, selv når bas-kollektorforbindelsen er omvendt forspændt.

Spørgsmål 14

Spor indsprøjtnings-, diffusions- og opsamlingsstrømmene i dette energidiagram for en PNP-transistor, som den udfører:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Et billede er tusind ord værd, siger de. For mig er denne illustration den, der endelig gjorde transistorer fornuftige for mig. Ved forspænding af emitter-baseforbindelsen injiceres minoritetsbærere i bunden (huller i materialet "N", i tilfælde af en PNP-transistor), som derefter nemt stiger op i kollektorområdet. Dette energidiagram er uvurderligt for at forklare, hvorfor solfangerstrømmen kan strømme, selv når bas-kollektorforbindelsen er omvendt forspændt.

Når man ser på energidiagrammer, er det nyttigt at tænke på naturlig hulbevægelse som luftbobler i en væske, der forsøger at stige så højt som muligt inden for deres udpegede bånd.

Spørgsmål 15

Fra en undersøgelse af energidiagrammet for en BJT i ​​dets ledende tilstand (nuværende eksisterende gennem hver af de tre terminaler: emitter, base og samler) bestemmer forspændingen af ​​de to PN-kryds:

Emitter-base krydset ( fremad eller tilbage forspændt "# 15"> Reveal svar Skjul svar

Emitter-baseforbindelsen er forspændt, mens basis-kollektorforbindelsen er omvendt forspændt. Samlestrømmen er muliggjort på tværs af basis-kollektorforbindelsen ved tilstedeværelsen af injicerede ladningsbærere fra emitteren.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er kun muligt at besvare, hvis man forstår energiniveauerne inden for en BJT. De mest almindelige forklaringer af BJT-funktion, jeg finder i introduktionsbøger (ikke-tekniske) lærebøger, udelader fuldstændigt diskussioner om energiniveauer, hvilket gør emnet meget forvirrende for nye studerende.

Spørgsmål 16

Bipolære forbindelsestransistorer klassificeres som minoritetsbærerindretninger . Forklar hvorfor.

Reveal svar Skjul svar

Ledning gennem en BJT afhænger af, at ladningsbærere bliver "injiceret" i transistorens basislag, og disse ladningsbærere er altid "minoritetstypen" med hensyn til dopningen af ​​basen.

Bemærkninger:

Bemærk til dine elever, at der er en sådan ting som en majoritetstransportør af transistor, men at den ikke ligner BJT i ​​enten konstruktion eller operationelle egenskaber.

Spørgsmål 17

Transistorer fungerer som kontrollerede strømkilder . Det vil sige, med et fast styresignal i, har de en tendens til at regulere mængden af ​​strøm igennem dem. Design et eksperimentelt kredsløb for at bevise denne tendens til transistorer. Med andre ord, hvordan kunne du demonstrere denne nuværende regulerende adfærd for at være en kendsgerning?

Reveal svar Skjul svar

Fremgangsmåde: måle spændingen faldt over R C under varierende V CC, for flere forskellige værdier af I B (udledt ved måling af spændingsfald over R B ).

Bemærkninger:

Her skal eleverne tænke som en eksperimentel videnskabsmand: finde ud af, hvordan man kan bevise den relative stabilitet af en variabel på trods af variationer i en anden, samtidig med at den konstante variabel styres. Opmuntre dine elever til faktisk at bygge dette kredsløb!

Spørgsmål 18

Sammenlign de relative størrelser af hver strøm i dette bipolære transistor kredsløb:

Hvilken strøm er den mindste og hvilken er den største "# 18"> Reveal svar Skjul svar

I E > I C >> I B

Bemærkninger:

Bemærk svarets korte beskaffenhed. Denne matematiske udtryk siger alt, og det er en god gennemgang af ulighedssymboler.

Spørgsmål 19

Er kollektor- og emitterterminalerne af en transistor udskiftelig? Hvis ikke, hvad er den fysiske forskel mellem emitter og samler?

Reveal svar Skjul svar

Emitteren er mindre og tungere "doteret" end opsamleren.

Bemærkninger:

Spørg dine elever om der er nogen måde at skille emitter- og kollektorterminalerne på en transistor fra eksterne måleresultater. Der er!

Spørgsmål 20

En begynderelektronikstuderende lærer bare om transistorer og læser i lærebogen, at en bipolær transistor (enten NPN eller PNP) kan tænkes på som to dioder, der er tilsluttet back-to-back som sådan:

Som følge af denne ide fortsætter den studerende med at forbinde to 1N4001 rectifying dioder back-to-back og forsøge at bruge den som en transistor. Denne ide virker ikke: selv om diodeparet læser de samme kontinuitetsmønstre som en transistor ville, forstærker den ikke. Forklar hvorfor.

Bemærk: Dette er et ret dybt spørgsmål, og må ikke besvares uden en forståelse af ladningsbatteriets energiniveau og halvlederkryds adfærd.

Reveal svar Skjul svar

Denne midlertidige transistor virker ikke, fordi metalforbindelsen mellem de to "P" -typematerialer (diodeanodene) udelukker indsprøjtningen af ​​minoritetsbærer (ledningsbåndsniveau) elektroner i "P" -materialet på kollektorsidedioden.

Opfølgningsspørgsmål: Hvad antages du virkelig, er at bogboksens erklæring om bipolære transistorer svarer til back-to-back-dioder, hvis to dioder, der er tilsluttet back-to-back, ikke udviser forstærkende adfærd "noter skjult"> Noter:

Ideen til dette spørgsmål stammer fra personlig erfaring. Jeg forsøgte faktisk at bygge min egen transistor ud af to back-to-back-dioder og mislykkedes miserably. Det tog mange år, før jeg endelig forstod nok om halvlederfysik for at indse, hvorfor det ikke ville fungere!

Spørgsmål 21

Hvordan ville du forklare de nødvendige betingelser for ledning af en elektrisk strøm gennem en BJT? Beskriv skal gøres til en BJT for at den kan udføre en strøm.

Reveal svar Skjul svar

Bund-emitter PN-krydset skal være forspændt, og polariteten af ​​spændingen mellem kollektor og emitter skal være sådan, at kollektorstrømmen tilføjer bundstrømmen til at svare til emitterstrømmen.

Bemærkninger:

Dette er måske det vigtigste spørgsmål, dine elever kunne lære at svare, når de først studerede BJTs. Hvad er det nøjagtigt at tænke på? Lad dine elever tegne diagrammer for at illustrere deres svar, som de præsenterer i klassen.

Spørgsmål 22

Tegn polariteten (+ og -) af de påførte spændinger, der er nødvendige for at tænde begge disse transistorer:

Træk også retningen af ​​den styrede strøm (der strømmer mellem samler og emitter), som skyldes en strømkilde, der er korrekt forbundet mellem disse terminaler.

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Træk de spændingskilder, der er nødvendige for at generere den "styrede" strøm, der er sporet i disse diagrammer, således at den anvendte spændingspolaritet mellem samler og emitter er tydelig.

Bemærkninger:

Dette er et meget vigtigt begreb for eleverne at forstå: hvordan man tænder en BJT med en påført spænding mellem base og emitter, og også hvilken retning den styrede strøm går igennem. Sørg for at bruge tid på at diskutere dette, for det er grundlæggende for deres forståelse for BJT-drift.

Spørgsmål 23

Studerende, der er ny til undersøgelsen af ​​transistorer, har ofte svært ved at huske de rigtige retninger af strømme gennem bipolære forbindelsestransistorer, da der er tre forskellige strømme (I B, I C, I E ) og de skal "maske" gennem transistoren på en bestemt måde .

Tegn de korrekte nuværende retninger for hver af disse transistorer, og forklar hvordan du kan huske de rigtige retninger, de går:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

I stedet for at præsentere en "tommelfingerregel", der skal bruges til at huske de rette aktuelle retninger, vælger jeg at lade eleverne regne dette ud alene. Et vigtigt element i dette bør være matematikken af ​​BJT-strømme, primært denne ligning:

I E = I C + I B

Dette forhold, kombineret med Kirchhoffs nuværende lov, skal give al den hjælp, der er nødvendig for at formulere en regel.

Spørgsmål 24

Forudsig, hvordan alle tre transistorstrømme (I B, I C og I E ) vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Basismodstand R B fejler åben:
Samlermodstand R C fejler åben:
Loddebro (kort) forbi basismodstand R B :
Loddebro (kort) forbi kollektor modstand R C :

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Basismodstand R B fejler åben: Alle tre strømme stopper.
Samlermodstand R C fejler åben: Basestrøm uændret, kollektorstrømstop, emitterstrøm falder til værdi af basisstrømmen (I E = I B ).
Loddebro (kort) forbi base modstand R B : Alle tre strømme stiger kraftigt, transistoren vil sandsynligvis overophedes og fejle.
Loddebro (kort) forbi kollektor modstand R C : Basestrøm uændret, kollektorstrømmen stiger lidt (ideelt vil slet ikke ændre sig!), Transistoren spredes mere strøm i form af varme (kan overophedes). :

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 25

Baseret på disse DC kontinuitetstesterindikationer, hvilken type transistor er dette, PNP eller NPN "compact">

Modstand med negativ testledning på pin 1, positiv testledning på pin 2: ingen kontinuitet
Modstand med negativ testledning på pin 1, positiv testledning på pin 3: ingen kontinuitet
Modstand med negativ testledning på pin 2, positiv testledning på pin 1: ingen kontinuitet
Modstand med negativ testledning på pin 2, positiv testledning på pin 3: ingen kontinuitet
Modstand med negativ testledning på pin 3, positiv testledning på pin 1: kontinuitet
Modstand med negativ testledning på pin 3, positiv testledning på pin 2: kontinuitet

Til det bedste af din evne skal du også identificere transistorens tre terminaler (emitter, base og samler).

Reveal svar Skjul svar

Dette er en PNP transistor. Pin 3 er bunden, og ben 1 og 2 er emitter / samler eller samler / emitter (kan ikke være sikker på hvilken).

Bemærkninger:

Rådgive dine elever om risikoen ved at bruge et analogt multimeter (i ohmmeter tilstand) til at teste halvlederkomponenter. Nogle billige analoge multimeterdesigner skifter faktisk polariteten af ​​testledningerne, når de er i ohmmeter-tilstand. Med andre ord forbinder den røde testledning faktisk til den negative side af målerens interne batteri, mens den sorte testledning forbinder til den positive side af det interne batteri! Hvis du er vant til at associere rød med positiv og sort med negativ, vil denne switch være en overraskelse.

Spørg dine elever: Hvilken effekt vil en polaritetsknap som den, der lige er beskrevet, have på bestemmelsen af ​​en transistors identitet? Hvad hvis personen troede deres måleres røde bly var positiv og den sorte bly negativ, da det faktisk var det modsatte? Ville dette påvirke deres evne til at identificere transistorens terminaler nøjagtigt? Hvorfor eller hvorfor ikke?

Spørgsmål 26

Mange digitale multimetre har et "diode check" -område, der giver brugeren mulighed for at måle fremadspændingsfaldet af et PN-kryds:

Når du bruger et multimeter med denne funktion til at identificere terminalerne for en bipolær forbindelsestransistor, er indikatoren for fremadspændingsfald nødvendig for at skelne kollektorterminalen fra emitterterminalen. Forklar, hvordan denne sondring foretages på baggrund af fremspændingsmåling, og forklar også hvorfor dette er.

Reveal svar Skjul svar

Emitter-baseforbindelsen har et lidt større fremadspændingsfald end base-kollektorforbindelsen. Jeg vil lade dig forklare hvorfor!

Bemærkninger:

Jeg er overrasket over, hvor mange lærebøger ikke forklarer, hvordan man identificerer BJT-terminaler ved hjælp af et multimeter (især et multimeter med funktionen "diode check"). Dette er en meget vigtig færdighed for teknikere at have, da de ofte vil blive konfronteret med transistor terminalidentifikation i mangel af dataark eller andre grafiske referencer til enhedsterminaler.

Spørgsmål 27

Identificer terminalerne på denne BJT, og også typen af ​​BJT det er ( NPN eller PNP ):

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Jeg har fundet denne "diode check" multimeter teknik til at være meget vellykket til at identificere BJT terminaler.

Spørgsmål 28

Et af de vigtigste parametre for halvlederkomponenter er strømstyrken . Forklar hvorfor power rating er en så kritisk parameter, især sammenlignet med andre typer elektroniske komponenter (modstande, induktorer, kondensatorer osv.).

Reveal svar Skjul svar

Halvlederanordninger har tendens til at være særligt følsomme for temperatur. Det er således altafgørende at opretholde magtfordeling under maksimalt nominerede niveauer.

Udfordringsspørgsmål: Nogle halvlederdatablade angiver højdeværdier (højde over havets overflade) sammen med effektværdierne. Forklar hvorfor højden har noget at gøre med kraftværdien af ​​en elektronisk komponent.

Bemærkninger:

Høj temperatur er bane for de fleste halvledere. Et klassisk eksempel på dette, men lidt dateret, er temperaturfølsomheden af ​​de originale germaniumtransistorer. Disse anordninger var yderst følsomme for varme og ville svigte ret hurtigt, hvis de fik lov til at overophedes. Solid state design ingeniører var nødt til at være meget forsigtige i de teknikker, de brugte til transistor kredsløb for at sikre, at deres følsomme germanium transistorer ikke ville lide af "termisk runaway" og ødelægge sig selv.

Silicium er meget mere tilgivende end germanium, men varme er stadig et problem med disse enheder. På tidspunktet for denne skrivning (2004) er der lovende udviklingsarbejde på siliciumcarbid og gallium nitrid transistorteknologi, som kan fungere under meget højere temperaturer end silicium.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →