Tranzistor tranzitoriu bipolar (BJT)

Transistors, How do they work ? (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Tranzistor tranzitoriu bipolar (BJT)

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Măsurați și înregistrați cu atenție toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului, selectând valorile rezistorului suficient de mari pentru a face ca deteriorarea tuturor componentelor active să fie puțin probabilă.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii și curentului.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Când elevii au început să învețe despre dispozitivele cu semiconductori și sunt cel mai probabil să le deterioreze prin conexiuni necorespunzătoare în circuitele lor, recomand să experimenteze componente mari de putere (diode rectificative 1N4001, tranzistoare de putere TO-220 sau TO-3, etc.) și utilizarea unor surse de alimentare cu baterii uscate, mai degrabă decât a unei surse de alimentare la bord. Acest lucru scade probabilitatea deteriorării componentelor.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului (la capătul superior) și pentru a evita epuizarea tranzistorului (la capătul inferior). Vă recomandăm rezistențe între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Disiparea puterii unui tranzistor este dată de următoarea ecuație:

P = I C⎛ ⎝ V CE + V BE


β

 

Manipulați această ecuație pentru a rezolva pentru beta, având în vedere toate celelalte variabile.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

β = V BE


P


I C

- V CE

Note:

Deși această întrebare nu este mai mult decât un exercițiu al manipulării algebrice, este de asemenea un bun avantaj al unei discuții cu privire la importanța disipării puterii ca o evaluare a dispozitivelor cu semiconductori.

Temperatura ridicată este cea mai mare parte a semiconductorilor, iar temperatura ridicată este cauzată de disiparea excesivă a puterii. Un exemplu clasic al acestui lucru, deși un pic datat, este sensibilitatea la temperatură a tranzistorilor germani originali. Aceste dispozitive erau extrem de sensibile la căldură și ar fi eșuat destul de repede dacă ar fi permis să se supraîncălzească. Proiectanții de proiectare solidă trebuiau să fie foarte atenți în tehnicile pe care le foloseau pentru circuitele tranzistorului pentru a se asigura că tranzistorii lor germani sensibili nu ar suferi de "fugă termică" și s-ar distruge.

Siliciul este mult mai iertator decât germaniu, dar căldura este încă o problemă cu aceste dispozitive. La momentul acestei scrieri (2004), există o muncă promițătoare de dezvoltare a tehnologiei tranzistorului cu carbură de siliciu și nitrură de galiu, care poate funcționa la temperaturi mult mai ridicate decât siliciul.

Întrebarea 3

Să presupunem că am știut doar emițătorul și curenții de bază pentru un tranzistor de funcționare și am dorit să calculam β de la acea informație. Ne-ar fi nevoie de o definiție a distribuției beta în termenii I E și I B în loc de I C și I B.

Aplicați substituția algebrică la formula β = ((I C ) / (I B )) astfel încât beta (β) să fie definită în termenii IE și IB . Puteți găsi următoarea ecuație utilă în munca dvs.:

I E = I C + I B

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

β = Eu E


I B

- 1

Note:

Această întrebare nu este altceva decât un exercițiu de manipulare algebrică.

Întrebarea 4

Un parametru tranzistor de joncțiune bipolar similar cu β este "alfa", simbolizat prin litera greacă α. Acesta este definit ca raportul dintre curentul colectorului și cel al emitorului:

α = I C


Eu E

Aplicați substituția algebrică la această formulă astfel încât alfa să fie definită ca o funcție a beta: α = f (β). Cu alte cuvinte, înlocuiți și manipulați această ecuație până când aveți alfa singură pe o parte și nici o variabilă, cu excepția beta pe cealaltă.

Puteți găsi următoarele ecuații utile în lucrarea dvs.:

β = I C


I B

I E = I C + I B

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

α = β


b + 1

Următoarele întrebări: ce gama de valori ați putea aștepta pentru α, cu un tranzistor tipic?

Note:

Această întrebare nu este altceva decât un exercițiu de manipulare algebrică.

Întrebarea 5

Un tehnician utilizează funcția "verificarea diodelor" a unui multimetru pentru a identifica terminalele de pe un BJT. Există doar două locuri în care se obține o lectură non-infinită și acestea sunt după cum urmează:

Din aceste măsurători, determinați ce tip de BJT este (PNP sau NPN) și identificați toate cele trei terminale.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Este o abilitate foarte utilă de a identifica un BJT folosind nimic mai mult decât funcția "verificare diodă" pe un multimetru.

Întrebarea 6

Conducția unui curent electric prin terminalul colector al unui tranzistor de joncțiune bipolară impune ca transportatorii minoritari să fie "injectați" în regiunea de bază printr-un curent de emițător de bază. Numai după ce au fost injectate în regiunea de bază, acești purtători de încărcare pot fi adunați spre colector prin tensiunea aplicată între emițător și colector pentru a constitui un curent colector:

O analogie care să ilustreze acest lucru este o persoană care aruncă petale de flori în aer deasupra capului lor, în timp ce o briza poartă petalele orizontal departe de ele. Niciuna dintre petalele de flori nu poate fi lăsată departe de briză până când persoana le eliberează în aer și viteza brizei nu are legătură cu câți petale de flori sunt îndepărtate de persoana respectivă, îndemâna unei persoane înainte de a putea merge oriunde.

Referindu-se fie la diagrama energiei, fie la analogia petalelor de flori, explicați de ce curentul colectorului pentru un BJT este puternic influențat de curentul de bază și doar slab influențat de tensiunea colector-emițător.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acțiunea de aruncare a petalelor de flori în aer este analogă cu suporturile de încărcare de bază pentru încărcarea curentului în regiunea de bază a unui tranzistor. Diversificarea petalelor aruncate de vânt este analogă cu mascarea transportoarelor de încărcătură de pe bază și în colectorul de VEC . La fel ca numărul de petale de flori care plutesc, cantitatea de curent colector nu depinde foarte mult de puterea V CE (puterea vântului), ci mai degrabă de rata încărcătoarelor încărcate injectate (numărul de petale aruncat în sus pe secundă) .

Note:

Aceasta este una dintre cele mai bune analogii pentru explicarea funcționării BJT, în special pentru a ilustra motivul pentru care I C este aproape independent de VEC . De asemenea, ajută la explicarea timpului de recuperare inversat pentru tranzistori: imaginați cât timp este nevoie de aer pentru a elimina petalele de flori aruncate după ce le opriți să le aruncați, analogă cu purtătorii de sarcină latenți care trebuie să fie scoși din regiunea de bază de către V CE după curentul de bază se oprește.

Întrebarea 7

Funcția de tranzistor de joncțiune bipolară (BJT) este de obicei considerată în termeni de curenți: un curent relativ mic, prin unul dintre terminalele tranzistorului, exercită controlul asupra unui curent mult mai mare. Desenați instrucțiunile tuturor curenților pentru acești doi tranzistori (un NPN și un PNP), identificând în mod clar care dintre curenți efectuează controlul și care dintre curenți este controlat:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Am auzit întrebări de acest gen despre interviurile de locuri de muncă ale tehnicianului. Știind în ce mod curenții trec printr-un BJT este considerat un aspect foarte fundamental al cunoașterii tehnicianului în domeniul electronicii și pentru un motiv bun. Este imposibil să înțelegem funcția mai multor circuite tranzistorice fără o înțelegere fermă asupra căreia semnalul exercită controlul asupra acelui alt semnal dintr-un circuit.

Întrebarea 8

Raportul "beta" (β) al unui tranzistor de joncțiune bipolară, uneori denumit alternativ h FE, este un parametru foarte important al dispozitivului. În esență, descrie puterea de amplificare a tranzistorului. Oferiți o definiție matematică pentru acest parametru și furnizați câteva valori tipice din foile de date tranzistorice.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

β este definit ca raportul dintre curentul de colector și cel de bază. Vă voi lăsa să cercetați câteva valori tipice. Iata cateva numere de parti din tranzistor pe care ai putea sa le analizezi pentru:

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

Următoarea întrebare # 1: ce condiții afectează raportul β al unui tranzistor "note ascunse"> Note:

Cereți studenților dvs. să vă prezinte cel puțin o fișă tehnică pentru unul dintre tranzistorii listați. Cu acces la internet, fișele tehnice sunt extrem de ușor de localizat. Studenții dvs. vor trebui să poată localiza fișele cu date și notele de aplicație în cadrul responsabilităților lor de lucru, astfel încât să fie siguri că știu cum și unde să acceseze aceste documente valoroase!

Următoarea întrebare este una importantă pentru a discuta, deoarece β este departe de a fi stabilă pentru majoritatea tranzistoarelor! Acest punct este adesea neglijat în manualele electronice de bază, lăsând elevilor cu impresia falsă că calculele circuitului de tranzistor folosind β sunt mult mai precise decât sunt de fapt.

Întrebarea 9

Găsiți una sau două tranzistoare de joncțiune bipolare reale și le aduceți cu voi în clasă pentru discuții. Identificați cât mai multe informații despre tranzistori înainte de discuție:

Identificarea terminalelor (care terminal este bază, emițător, colector)
Putere continuă
Tipic β
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă este posibil, găsiți fișa tehnică a producătorului pentru componentele dvs. (sau cel puțin o fișă tehnică pentru o componentă similară) pentru a discuta cu colegii de clasă. Fii pregătit să dovedești identitatea terminală a tranzistorilor tăi în clasă, folosind un multimetru!

Note:

Scopul acestei întrebări este de a atrage studenții să interacționeze din punct de vedere kinetic cu subiectul. Ar putea părea prostește ca studenții să se angajeze într-un exercițiu "arată și spune", dar am constatat că astfel de activități ajută foarte mult pe unii elevi. Pentru acei cursanți care sunt în natură kinesthetic, este un mare ajutor pentru a atinge efectiv componentele reale în timp ce învață despre funcția lor. Desigur, această întrebare oferă, de asemenea, o oportunitate excelentă pentru ei de a practica interpretarea marcajelor componentelor, a folosi un multimetru, foi de date de acces etc.

Întrebarea 10

Se potrivesc următoarele ilustrații de tranzistor bipolar la simbolurile lor schematice respective:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: identificați terminalele de pe fiecare simbol schematic tranzitoriu (bază, emițător și colector).

Note:

Asigurați-vă că le-ați întrebat elevilor care dintre aceste simboluri de tranzistor reprezintă tipul "NPN" și care reprezintă tipul "PNP". Deși va fi evident pentru majoritatea ilustrațiilor "sandwich" care prezintă straturi de materiale tip "P" și "N", acest fapt poate scăpa de anunțul câtorva studenți.

Ar putea ajuta la revizuirea simbolurilor diodelor, dacă unii studenți întâmpină dificultăți în potrivirea denumirilor (PNP versus NPN) cu simbolurile schematice.

Întrebarea 11

Dacă ar fi să comparăm diagramele energetice pentru trei bucăți de material semiconductor, doi tip "N" și unul "P", unul lângă altul, vom vedea ceva de genul:

Prezența dopantilor în materialele semiconductoare creează diferențe în nivelul energiei Fermi (E f ) în fiecare piesă.

Desenați o nouă diagramă a energiei care arată starea de echilibru a celor trei piese după ce au fost unite.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Dacă studenții sunt familiarizați cu diagrame de bandă energetică pentru joncțiunile de diodă PN, acestea nu ar trebui să aibă mare dificultate în trasarea unei diagrame energetice pentru o joncțiune NPN.

Întrebarea 12

Funcționarea tranzistorului poate fi explicată în termeni de trei curenți diferiți: injecție, difuzie și colectare . Descrieți ce reprezintă fiecare dintre aceste curente și cum explică natura amplificatoare a unui tranzistor.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Curentul de "injectare" constă din acei purtători de sarcină majoritari (fie electroni, fie găuri, în funcție de tipul de tranzistor) care sunt "injectați" din regiunea emițătorului în regiunea de bază a unui tranzistor. Curentul "difuziei" este curentul prin terminalul de bază al tranzistorului care rezultă din recombinarea electronilor și găurilor în joncțiunea emițător-bază. Cea mai mare parte a curentului de injectare, totuși, devine curent de "colectare" și trece prin terminalul colector al tranzistorului.

Întrebare de provocare: explicați modul în care concentrațiile relative de dopaj ale regiunilor emițătorului, bazei și colectorului sunt esențiale pentru a permite unui tranzistor să funcționeze ca un dispozitiv de amplificare. Ce s-ar întâmpla cu curentul de colectare, de exemplu, dacă colectorul a fost la fel de puternic dopat ca emițătorul "notele ascunse"> Note:

În timp ce elevii studiază și folosesc acești termeni în studiul tranzistorilor de joncțiune bipolară, teoria operației BJT ar trebui să devină mai evidentă. Termenii sunt într-adevăr bine aleși, reprezentând cu acuratețe mișcările purtătorilor de sarcină din structura tranzistorului.

Întrebarea 13

Urmăriți căile de injecție, difuzie și curenți de colectare în această diagramă a energiei pentru un tranzistor NPN pe măsură ce conduce:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

O imagine este în valoare de o mie de cuvinte, spun ei. Pentru mine, această ilustrație este cea care în cele din urmă a făcut tranzistori să aibă sens pentru mine. Prin legarea înainte a joncțiunii emițător-bază, purtătoarele minoritare sunt injectate în bază (electronii din materialul tip "P", în cazul unui tranzistor NPN), care apoi cad ușor în regiunea colectorului. Această diagramă de energie este de neprețuit pentru a explica de ce curentul colector poate curge chiar și atunci când joncțiunea de colector de bază este inversă părtinitoare.

Întrebarea 14

Urmăriți căile de injectare, difuzie și curenți de colectare în această diagramă a energiei pentru un tranzistor PNP pe măsură ce conduce:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

O imagine este în valoare de o mie de cuvinte, spun ei. Pentru mine, această ilustrație este cea care în cele din urmă a făcut tranzistori să aibă sens pentru mine. Prin legarea transmitere a joncțiunii emițător-bază, purtătoarele minoritare sunt injectate în bază (găuri în materialul tip "N", în cazul unui tranzistor PNP), care apoi urcă ușor în regiunea colectorului. Această diagramă de energie este de neprețuit pentru a explica de ce curentul colector poate curge chiar și atunci când joncțiunea de colector de bază este inversă părtinitoare.

Când privim la diagramele energetice, este util să ne gândim la mișcarea gaurii naturale ca bule de aer într-un lichid, încercând să urcă cât mai mult posibil în cadrul benzii desemnate.

Întrebarea 15

Dintr-o examinare a diagramei energiei pentru un BJT în modul său de conducere (curentul existent prin fiecare dintre cele trei terminale: emițător, bază și colector), determina biasingul celor două joncțiuni PN:

Joncțiunea emițător-bază (înclinată înainte sau înapoi "# 15"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Joncțiunea emițător-bază este înclinată spre înainte, în timp ce joncțiunea colector-bază este inversată. Curentul colectorului este posibil prin intermediul joncțiunii colector-bază prin prezența suporturilor de încărcare injectate din emițător.

Note:

Această întrebare este posibilă să răspundă numai dacă înțelegem nivelurile de energie din interiorul unui BJT. Cele mai frecvente explicații ale funcției BJT pe care le găsesc în manualele de introducere (non-inginerie) omit complet discuțiile despre nivelurile de energie, făcând obiectul foarte confuz pentru noii studenți.

Întrebarea 16

Transistorii de joncțiune bipolară sunt clasificați ca dispozitive de transport minoritar . Explică de ce.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Conducția printr-un BJT depinde de încărcătoarele de încărcare fiind "injectate" în stratul de bază al tranzistorului, iar aceste suporturi de încărcare sunt întotdeauna tipul "minorității" în ceea ce privește dopajul bazei.

Note:

Notați elevilor dvs. că există un tip de tip tranzistor majoritar, dar că nu seamănă cu BJT fie cu caracteristicile constructive, fie cu cele operaționale.

Întrebarea 17

Tranzistorii acționează ca surse curente controlate . Adică, cu un semnal de control fix, ele tind să regleze cantitatea de curent care trece prin ele. Proiectați un circuit experimental pentru a demonstra această tendință a tranzistorilor. Cu alte cuvinte, cum ați demonstra că acest comportament curent-reglementator este un fapt?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Procedură: se măsoară tensiunea scăzută peste R C în timp ce variază V CC, pentru mai multe valori diferite ale lui I B (dedusă prin măsurarea căderii de tensiune pe R B ).

Note:

Aici, elevii trebuie să se gândească ca un om de știință experimental: imaginându-se cum să demonstreze stabilitatea relativă a unei variabile în ciuda variațiilor în altă variabilă, ținând cont de variabila de control constantă. Încurajați elevii să construiască acest circuit!

Întrebarea 18

Comparați mărimile relative ale fiecărui curent în acest circuit tranzistor bipolar:

Care este cel mai mic curent și care este cel mai mare "# 18"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

I E > I C >> I B

Note:

Observați scurta natură a răspunsului. Această expresie matematică spune totul și este o revizuire bună a simbolurilor de inegalitate.

Întrebarea 19

Sunt terminalele colectorului și emițătorului unui tranzistor interschimbabile? Dacă nu, care este diferența fizică dintre emițător și colector?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Emițătorul este mai mic și mai puternic "dopat" decât colectorul.

Note:

Întrebați elevii dvs. dacă există vreo modalitate de a distinge emițătorul și terminalele colectorului de un tranzistor, de la măsurătorile externe ale contorului. Există!

Întrebarea 20

Un student de electronică de început încearcă să afle despre tranzistori și citește în manual că un tranzistor bipolar (NPN sau PNP) poate fi considerat ca fiind două diode conectate în spate, ca atare:

Acționând pe această idee, elevul continuă să conecteze două diode rectificative 1N4001 back-to-back și să încerce să-l folosească ca un tranzistor. Această idee nu funcționează: deși perechea de diode citește aceleași tipare de continuitate ca și un tranzistor, aceasta nu se amplifică. Explică de ce.

Notă: aceasta este o întrebare destul de profundă și este posibil să nu se răspundă fără o înțelegere a nivelelor energiei purtătoare de sarcină și a comportamentului joncțiunii semiconductoare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acest tranzistor improvizat nu va funcționa deoarece legătura metalică dintre cele două tipuri de tip "P" (anodurile diodei) împiedică injectarea electronilor purtători ai minorității (nivel de bandă de conducție) în materialul "P" al diodei colectoare.

Următoarea întrebare: Ce presupuneți că este înțeles cu adevărat prin afirmația manuală a tranzistoarelor bipolare echivalente cu diodele back-to-back, în cazul în care două diode conectate în spate nu prezintă un comportament amplificator "note ascunse"> Note:

Ideea acestei întrebări a venit din experiența personală. Am încercat de fapt să-mi construiesc propriul tranzistor din două diode spate-în-spate, și nu a reușit mizerabil. A durat mai mulți ani înainte să înțeleg destul de mult despre fizica semiconductorilor pentru a înțelege de ce nu ar funcționa!

Întrebarea 21

Cum explicați condițiile necesare pentru conducerea unui curent electric prin intermediul unui BJT? Descrieți trebuie să se facă la un BJT pentru a conduce un curent.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Joncțiunea PN de emițător de bază trebuie să fie înclinată înainte și polaritatea tensiunii dintre colector și emițător trebuie să fie astfel încât curentul colectorului să adauge cu curentul de bază să fie egal cu curentul emițătorului.

Note:

Aceasta este probabil cea mai importantă întrebare pe care elevii dvs. ar putea să o învețe să o răspundă atunci când studiază mai întâi BJT-urile. Ce este, exact, necesar pentru a transforma unul pe altul? Invitați elevii să deseneze diagrame pentru a ilustra răspunsurile pe care le prezintă în fața clasei.

Întrebarea 22

Desenați polaritățile (+ și -) ale tensiunilor aplicate necesare pentru a activa aceste două tranzistoare:

De asemenea, trageți direcția curentului controlat (care curge între colector și emițător) care va rezulta dintr-o sursă de energie conectată corect între aceste borne.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: trageți sursele de tensiune necesare pentru generarea curentului "controlat" urmărit în aceste diagrame, astfel încât polaritatea de tensiune aplicată între colector și emițător este evidentă.

Note:

Acesta este un concept foarte important pentru studenți de a înțelege: cum să transformați un BJT cu o tensiune aplicată între bază și emițător, precum și direcția în care curentul controlat trece prin el. Asigurați-vă că vă petreceți timpul discutând acest lucru, deoarece este fundamental pentru înțelegerea lor de funcționare BJT.

Întrebarea 23

Elevii noi în studiul tranzistorilor au adesea dificultăți în a-și aminti direcțiile corecte ale curenților prin intermediul tranzistorilor de joncțiune bipolară, deoarece există trei curenți diferiți (I B, I C, I E ) și trebuie să "sârmâie" prin tranzistor într-un mod special .

Desenați instrucțiunile curente pentru fiecare dintre aceste tranzistoare și explicați cum puteți să vă amintiți direcțiile corecte pe care le folosesc:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Mai degrabă decât să prezint o "regulă de degetul mare" pe care să o folosească pentru a-și aminti direcțiile actuale actuale, am optat să las studenții să-și dea seama singuri. Un element important al acestui lucru ar trebui să fie matematica curenților BJT, în primul rând această ecuație:

I E = I C + I B

Această relație, combinată cu Legea actuală a lui Kirchhoff, ar trebui să ofere tot ajutorul necesar pentru formularea unei reguli.

Întrebarea 24

Preziceți modul în care toți trei curenți de tranzistor (I B, I C și I E ) vor fi afectați ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul de bază R B nu se deschide:
Rezistorul colectorului R C nu se deschide:
Legătura de lipit (scurt) cu rezistența de bază R B :
Podul de lipire (scurt) de rezistență colector trecut R C :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul de bază R B nu se deschide: Toate cele trei curente se opresc.
Rezistorul colectorului R C nu se deschide: curentul de bază neschimbat, curentul colectorului se oprește, curentul emițătorului scade până la valoarea curentului de bază (I E = I B ).
Reactorul de bază de lipire (scurt) de bază RB: Toți cei trei curenți cresc foarte mult, tranzistorul se va supraîncălzi și va eșua.
Conductorul de legătură (scurt) trece peste rezistența colectorului R C : Curentul de bază neschimbat, curentul colectorului crește ușor (în mod ideal nu se va schimba deloc!), Tranzistorul disipă mai multă putere sub formă de căldură (poate supraîncălzi). :

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 25

Pe baza acestor indicații de teste de continuitate DC, ce tip de tranzistor este acesta, PNP sau NPN "compact">

Rezistența cu plumb negativ de test pe pinul 1, plumb de test pozitiv pe pinul 2: fără continuitate
Rezistența cu plumb negativ de test pe pinul 1, test pozitiv de plumb pe pinul 3: fără continuitate
Rezistența cu plumb negativ de test pe pinul 2, plumb test pozitiv pe pinul 1: fără continuitate
Rezistența cu plumb negativ de test pe pinul 2, test pozitiv de plumb pe pinul 3: nici o continuitate
Rezistența cu plumb negativ de test pe pinul 3, plumb test pozitiv pe pinul 1: continuitate
Rezistența cu plumb negativ la testul 3, test pozitiv la pinul 2: continuitate

De asemenea, pentru cele mai bune abilități, identificați cele trei terminale ale tranzistorului (emițător, bază și colector).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acesta este un tranzistor PNP. Pinul 3 este baza, iar pinii 1 și 2 sunt emițător / colector sau colector / emițător (nu se poate ști cine).

Note:

Îndrumați studenții despre riscurile utilizării unui multimetru analogic (în modul ohmmetru) pentru a testa componentele semiconductoare. Anumite tipuri de proiectoare multimedia ieftine analogice comută de fapt polaritatea cablurilor de testare în modul ohmmetru. Cu alte cuvinte, cablul de testare roșu se conectează de fapt la partea negativă a bateriei interne a contorului, în timp ce cablul de testare negru se conectează la partea pozitivă a bateriei interne! Dacă sunteți obișnuit să asociați roșu cu pozitiv și negru cu negativ, acest comutator va fi destul de surprinzător.

Întrebați-vă elevii: ce efect ar avea o schimbare de polaritate, cum ar fi cea descrisă, asupra determinării identității unui tranzistor? Ce se întâmplă dacă omul a crezut că plumbul roșu al contorului său a fost pozitiv și negativul negru, atunci când de fapt a fost doar opusul? Acest lucru ar afecta capacitatea lor de a identifica cu exactitate terminalele tranzistorului? De ce sau de ce nu?

Întrebarea 26

Multe multimetre digitale au o gamă de "verificare a diodelor" care permite utilizatorului să măsoare căderea de tensiune înainte a unei joncțiuni PN:

Atunci când se utilizează un multimetru cu această caracteristică pentru a identifica bornele unui tranzistor bipolar, indicatorul de cădere înainte de tensiune este necesar pentru a distinge terminalul colector de terminalul emițătorului. Explicați modul în care se face această distincție pe baza măsurătorii de tensiune înainte și explicați și motivul pentru care aceasta este.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Joncțiunea emițător-bază are o cădere de tensiune ușor mai mare față de joncțiunea colector-bază. Vă las să explicați de ce!

Note:

Sunt surprins de cât de multe manuale nu explică modul de identificare a terminalelor BJT folosind un multimetru (mai ales un multimetru cu funcția "verificare diodă"). Aceasta este o abilitate foarte importantă pentru tehnicieni de a avea, deoarece ei se vor confrunta adesea cu identificarea terminalelor tranzistorului în absența foilor de date sau a altor referințe grafice la terminalele dispozitivelor.

Întrebarea 27

Identificați terminalele de pe acest BJT, precum și tipul de BJT care este ( NPN sau PNP ):

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Am descoperit că această tehnică de verificare a "multimetrului de diode" este foarte eficientă pentru identificarea terminalelor BJT.

Întrebarea 28

Unul dintre cei mai importanți parametri pentru componentele semiconductoare este puterea nominală . Explicați de ce ratingul de putere este un astfel de parametru critic, mai ales în comparație cu alte tipuri de componente electronice (rezistori, inductori, condensatori etc.).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dispozitivele semiconductoare tind să fie deosebit de sensibile la temperatură. Astfel, este esențial să se mențină disiparea puterii sub nivelurile maxime nominale.

Întrebare la întrebare: unele foi de date semiconductoare specifică valorile altitudinii (înălțimea deasupra nivelului mării) împreună cu evaluările de putere. Explicați de ce altitudinea are legătură cu ratingul de putere al unei componente electronice.

Note:

Temperatura ridicată este cea mai mare parte a semiconductorilor. Un exemplu clasic al acestui lucru, deși un pic datat, este sensibilitatea la temperatură a tranzistorilor germani originali. Aceste dispozitive erau extrem de sensibile la căldură și ar fi eșuat destul de repede dacă ar fi permis să se supraîncălzească. Proiectanții de proiectare solidă trebuiau să fie foarte atenți în tehnicile pe care le foloseau pentru circuitele tranzistorului pentru a se asigura că tranzistorii lor germani sensibili nu ar suferi de "fugă termică" și s-ar distruge.

Siliciul este mult mai iertator decât germaniu, dar căldura este încă o problemă cu aceste dispozitive. La momentul acestei scrieri (2004), există o muncă promițătoare de dezvoltare a tehnologiei tranzistorului cu carbură de siliciu și nitrură de galiu, care poate funcționa la temperaturi mult mai ridicate decât siliciul.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →