Tranzistori bipolari în modul activ

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

$config[ads_text] not found
Anonim

Tranzistori bipolari în modul activ

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

Modelele componentelor electronice complexe sunt utile pentru analiza circuitului, deoarece ne permit să exprimăm comportamentul aproximativ al dispozitivului în termeni de componente ideale cu comportamente matematice relativ simple. Tranzistorii sunt un bun exemplu de componente deseori modelate de dragul analizei circuitului amplificator:

Trebuie să înțelegem că modelele nu sunt niciodată replici perfecte ale lucrurilor reale. La un moment dat, toate modelele nu reușesc să emuleze exact lucrul modelat. Singura preocupare reală este cât de precisă ne dorim ca aproximația noastră să fie: care sunt caracteristicile componentei care ne preocupă cel mai mult și care nu.

De exemplu, atunci când se analizează răspunsul circuitelor amplificatoarelor tranzistorice la semnalele de AC mici, se presupune adesea că tranzistorul va fi "părtinitor" de un semnal DC astfel încât dioda de bază-emițător să dirijeze întotdeauna. Dacă acest lucru este cazul și tot ceea ce ne interesează este modul în care tranzistorul răspunde la semnalele AC, putem elimina în siguranță joncțiunea diodelor din modelul nostru de tranzistor:

Cu toate acestea, chiar și cu scăderea de tensiune de 0, 7 volți (nominală) absentă din model, există încă o anumită impedanță pe care un semnal de curent alternativ îl va întâlni în timp ce curge prin tranzistor. De fapt, există mai multe impedanțe distincte în interiorul tranzistorului însuși, simbolizat de obicei de rezistori și de indicatori r de ordin mic:

Din perspectiva unui curent AC care trece prin joncțiunea de bază-emițător a tranzistorului, explicați de ce următoarele modele tranzistorice sunt echivalente:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aceste două modele sunt echivalente pentru că un curent dat (i b ) va determina aceeași cantitate de cădere de tensiune între bază și emițător (v = ir):

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

v = i b (r ' b + (β + 1) r' e ) model de dreapta

Echivalența matematică a acestor două expresii poate fi demonstrată prin factoring i b din toți termenii din ecuația modelului stâng.

Note:

Scopul acestei întrebări este de a introduce studenții la conceptul de modelare BJT și de a le familiariza și cu unele dintre simbolurile și expresiile utilizate în mod obișnuit în aceste modele (precum și un pic de teorie a rețelei rezistorului de curent continuu și revizuirea algebrei, desigur !).

Întrebarea 3

Linile de încărcare sunt instrumente utile pentru analizarea circuitelor amplificatoare tranzistor, dar ele pot fi greu de înțeles la început. Pentru a vă ajuta să înțelegeți ce "linii de încărcare" sunt utile și cum sunt determinate, voi aplica unul la acest circuit simplu de două rezistor:

Va trebui să complotăm o linie de încărcare pentru acest circuit simplu cu două rezistori împreună cu "curba caracteristică" a rezistenței R 1 pentru a vedea beneficiul unei linii de încărcare. Linile de încărcare au sens numai atunci când sunt suprapuse cu alte parcele. În primul rând, curba caracteristică pentru R 1, definită ca relație tensiune / curent dintre bornele A și B :

În continuare, voi complot linia de sarcină așa cum este definită de rezistența de sarcină de 1, 5 kΩ. Această "linie de încărcare" exprimă tensiunea disponibilă între aceleași două terminale (V AB ) în funcție de curentul de sarcină, pentru a ține cont de tensiunea scăzută pe sarcină:

La ce valoare a curentului (I R1 ) cele două linii se intersectează "# 3"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

I R = 8 mA este aceeași valoare a curentului pe care l-ați calcula dacă ați analizat acest circuit ca o rețea simplă serie de rezistori.

Următoarea întrebare: s-ar putea să te întrebi: "Care este punctul de a compila o" curbă caracteristică "și o" linie de încărcare "într-un circuit atât de simplu, dacă tot ce trebuia să facem pentru a rezolva curentul a fost adăugarea celor două rezistențe împărțiți valoarea totală a rezistenței în tensiunea totală? "Ei bine, pentru a fi sincer, nu există nici un punct în analizarea unui astfel de circuit simplu în acest fel, cu excepția ilustrării modului în care funcționează liniile de încărcare. Întrebarea mea de urmărire pentru tine este aceasta: în cazul în care ar complot o linie de încărcare de fapt, să fie de ajutor în analiza comportament circuit? Vă puteți gândi la orice modificări la acest circuit cu două rezistoare care ar necesita analiza liniei de încărcare în scopul de a rezolva pentru curent?

Note:

În timp ce această abordare a analizei circuitelor poate părea proastă - folosind liniile de încărcare pentru a calcula curentul într-un circuit cu două rezistențe - demonstrează principiul liniilor de sarcină într-un context care ar trebui să fie evident pentru studenți în acest moment al studiului lor. Discutați cu elevii dvs. cum se obțin cele două linii (una pentru rezistența R 1 și cealaltă pentru a testa tensiunea disponibilă pentru R 1 pe baza tensiunii totale a sursei și a valorii rezistorului de sarcină).

De asemenea, discutați despre semnificația intersectării celor două linii. Matematic, ce înseamnă intersecția a două grafice? Ce reprezintă valorile coordonate ale punctului de intersecție într-un sistem de funcții simultane? Cum se referă acest principiu la un circuit electronic?

Întrebarea 4

Linile de încărcare sunt instrumente utile pentru analizarea circuitelor amplificatoare tranzistor, dar ele pot fi aplicate și altor tipuri de circuite. Luați de exemplu acest circuit diodă-rezistor:

Curba caracteristică a diodei este deja reprezentată pe graficul următor. Sarcina dvs. este să complotați linia de încărcare a circuitului pe același grafic și notați unde se intersectează cele două linii:

Care este semnificația practică a intersecției celor două parcele # 4 "> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Cele două linii se intersectează la un curent de aproximativ 1, 72 mA:

Următoarele întrebări: explicați de ce utilizarea unei linii de încărcare simplifică foarte mult determinarea curentului de circuit într-un astfel de circuit de rezistență diodă.

Întrebare provocare: să presupunem că valoarea rezistorului a crescut de la 2, 5 kΩ la 10 kΩ. Ce diferență ar face acest lucru în plotul liniei de încărcare și în punctul de intersecție dintre cele două parcele "note ascunse"> Note:

În timp ce această abordare a analizei circuitului poate părea proastă - folosind linii de încărcare pentru a calcula curentul într-un circuit de rezistență diodă - demonstrează principiul liniilor de încărcare într-un context care ar trebui să fie evident pentru studenți în acest moment al studiului lor. Discutați cu studenții dvs. cum se obține linia de încărcare pentru acest circuit și de ce este dreaptă în timp ce curba caracteristică a diodelor nu este.

De asemenea, discutați despre semnificația intersectării celor două linii. Matematic, ce înseamnă intersecția a două grafice? Ce reprezintă valorile coordonate ale punctului de intersecție într-un sistem de funcții simultane? Cum se referă acest principiu la un circuit electronic?

Întrebarea 5

O măsură foarte importantă a comportamentului unui tranzistor este curbele sale caracteristice, un set de grafice care prezintă curentul colectorului pe o gamă largă de picături de tensiune colector-emițător, pentru o anumită cantitate de curent de bază. Următorul grafic este o curbă tipică pentru un tranzistor bipolar cu o valoare fixă ​​a curentului de bază:

Un "circuit de testare" pentru colectarea datelor pentru a face acest grafic arata astfel:

Identificați trei regiuni diferite pe acest grafic: saturație, activă și defalcare și explicați ce înseamnă fiecare dintre acești termeni. De asemenea, identificați care parte din această curbă tranzistor acționează cel mai mult ca un dispozitiv de reglare a curentului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cel mai bun comportament de reglare curent al tranzistorului are loc în regiunea sa "activă".

Următoarea întrebare: ce ar putea arăta curbele caracteristice pentru un tranzistor care nu a reușit să fie scurtcircuitat între bornele colectorului și emițătorul "note ascunse"> Note:

Întrebați-vă studenților ce ar arăta o curbă perfectă de reglare a curentului. Cum compară această curbă perfectă cu curba caracteristică prezentată în această întrebare pentru un tranzistor tipic?

Un cuvânt de precauție este în ordine: Nu recomand ca un circuit de testare, cum ar fi cel prezentat în întrebare, să fie construit pentru colectarea datelor curbe. Dacă tranzistorul disipă puterea pentru o perioadă substanțială de timp, se va încălzi și curbele sale se vor schimba dramatic. Curbele tranzistorului real sunt generate de o piesă de echipament de testare numită "trasator curbat", care măsoară tensiunea colector-emițător și coboară curentul de bază foarte rapid (suficient de repede pentru a "picta" toate curbele pe un ecran osciloscop înainte ca fosforul să se oprească ).

Întrebarea 6

În cazul în care un tranzistor este supus unor curenți de bază diferiți și tensiunea colector-emițător (V CE ) este împărțită întreaga gamă de valori pentru fiecare dintre aceste valori de curent de bază, se pot obține și se grafice datele pentru o întreagă "familie" de curbe caracteristice :

Ce indică aceste curbe caracteristice cu privire la controlul curentului de bază asupra curentului colectorului "# 6"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Curentul colectorului este (în cea mai mare parte) direct proporțional cu curentul de bază în timp ce este în regiunea "activă".

Note:

Întrebați-vă studenților ce ar arăta curbele caracteristice pentru un tranzistor perfect : unul care a fost un regulator perfect al curentului colectorului pe întreaga gamă de tensiune colector-emițător.

Întrebarea 7

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. Nici una dintre petalele de flori nu poate fi "îndepărtată" 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, deoarece trebuie eliberați de mânerul persoanei înainte ca ei să poată 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 8

Determinați cantitatea aproximativă de curent colector pentru acest circuit tranzistor, având în vedere următoarea curbă caracteristică stabilită pentru tranzistor:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I C ≈ 4, 75 mA

Următoarea întrebare: cât de mult crește curentul colectorului dacă sursa de tensiune crește la 35 de volți "note hidden"> Note:

Această întrebare nu este altceva decât un exercițiu în interpretarea curbelor caracteristice.

Întrebarea 9

Următoarea diagramă schematică are un circuit simplu de urmărire a curbei, utilizat pentru a descrie caracteristicile de curent / tensiune ale diferitelor componente electronice pe un ecran osciloscopic:

Modul în care funcționează este prin aplicarea unei tensiuni de curent alternativ pe terminalele dispozitivului supus încercării, care emite două semnale de tensiune diferite pe osciloscop. Un semnal care conduce axa orizontală a osciloscopului reprezintă tensiunea pe cele două borne ale dispozitivului. Celălalt semnal, care conduce axa verticală a osciloscopului, este tensiunea scăzută peste rezistorul de șunt, reprezentând curentul prin dispozitiv. Cu osciloscopul setat pentru modul "XY", fasciculul de electroni trasează curba caracteristică a dispozitivului.

De exemplu, un rezistor simplu ar genera acest afișaj cu osciloscop:

Un rezistor de o valoare mai mare (mai multe ohmi de rezistență) ar genera un complot caracteristic cu o pantă mai mică, reprezentând mai puțin curent pentru aceeași cantitate de tensiune aplicată:

Curbele de detecție a curbelor își găsesc valoarea reală în testarea componentelor semiconductoare, ale căror comportamente de tensiune / curent sunt neliniare. Luați de exemplu această curbă caracteristică pentru o diodă obișnuită de rectificare:

Urmele sunt plane peste tot în stânga centrului, unde tensiunea aplicată este negativă, indicând că nu există curent de diodă atunci când este inversat. În dreapta centrului, traseul se îndoaie brusc în sus, indicând curentul de diodă exponențial cu creșterea tensiunii aplicate (înclinat în față) la fel cum prezice "ecuația diodei".

Pe grilele următoare, trasați curba caracteristică pentru o diodă care nu a fost scurtată și, de asemenea, pentru una care nu a reușit să se deschidă:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Curbele caracteristice nu sunt cele mai simple concepte pe care unii elevi le pot înțelege, dar sunt incredibil de informative. Nu numai că pot ilustra comportamentul electric al unui dispozitiv neliniar, dar pot fi de asemenea folosite pentru a diagnostica greșeli greu de măsurat. Lăsând studenților să înțeleagă cum arată curbele scurte și deschise este o modalitate bună de a-și deschide mintea la acest instrument de diagnostic și la natura curbelor caracteristice în general.

Deși este departe de a fi evident, unul dintre canalele de osciloscop va trebui să fie "inversat" pentru ca curba caracteristică să apară în cadranul (ile) corect al afișajului. Cele mai multe osciloscoape cu dublă urmă au o funcție de "inversare a canalului" care funcționează bine în acest scop. Dacă cuplarea funcției de inversare a canalului de pe osciloscop răstoarnă o axă greșită, puteți inversa conexiunile dispozitivului de testare cu circuitul de urmărire a curbelor, aruncând simultan ambele axe. Între conexiunile dispozitivului de mers înapoi și inversarea unui canal al osciloscopului, puteți obține curba pentru a compila orice fel doriți!

Întrebarea 10

Explicați de ce un tranzistor joncțiune bipolară tinde să regleze curentul colectorului pe o gamă largă de picături de tensiune colector-emițător atunci când curentul de bază este constant. Ce se întâmplă pe plan intern care face ca curentul colectorului BJT să fie relativ independent de tensiunea colector-emițător și dependent de curentul de bază "# 10"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Deoarece BJT este un dispozitiv de transport minoritar, marea majoritate a curentului de colector este rezultatul încărcăturilor de încărcare injectate din emițător în regiunea de bază. Deoarece această rată a injecției purtătoare de sarcină este o funcție a excitației joncțiunii de bază-emițător, curentul de bază (sau mai bine, tensiunea de la baza la emițător) determină în primul rând curentul colectorului cu tensiunea colector-emițător jucând un rol relativ minor.

Note:

Natura de reglare a curentului unui BJT este mai ușor de înțeles prin analizarea unei diagrame de bandă energetică a tranzistorului în modul activ.

Întrebarea 11

Multe referințe tehnice vă vor spune că tranzistoarele de joncțiune bipolară (BJT) sunt dispozitive controlate de curent: curentul colector este controlat de curentul de bază. Acest concept este întărit de noțiunea de "beta" (β), raportul dintre curentul colector și curentul de bază:

β = I C


I B

Elevii care învață despre tranzistori bipolare sunt deseori confundați atunci când întâlnesc specificațiile foii de date pentru rapoartele β ale tranzistorului. Departe de a fi un parametru constant, raportul "beta" al unui tranzistor poate varia semnificativ în intervalul de funcționare, în unele cazuri depășind un ordin de mărime (de zece ori)!

Explicați modul în care acest fapt este de acord sau nu este de acord cu noțiunea de BJT care sunt "controlate de curent". Dacă curentul colectorului este într-adevăr o funcție directă a curentului de bază, atunci de ce s-ar schimba atât de mult constanta proporționalității dintre cele două (β)?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Așează-te înainte să citești acest lucru și te angajezi pentru adevărul dur: tranzistoarele de joncțiune bipolare sunt dispozitive controlate din punct de vedere tehnic. Stați jos, nu? Bun.

Urmărire întrebare: dacă BJTs nu sunt controlate de curent de bază, atunci ce sunt controlate de către? Exprimați acest lucru sub forma unei ecuații, dacă este posibil. Indiciu: cercetarea "ecuației diodei" pentru indicii.

Note:

Pentru scopuri de discuție, ați putea dori să îi arătați elevilor această ecuație, exacte într-o gamă largă de condiții de funcționare pentru tensiuni de bază-emitor mai mari de 100 mV:

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

Această ecuație este neliniară: creșterile în V BE nu produc creșteri proporționale în I C. Prin urmare, este mult mai ușor să ne gândim la funcționarea BJT în ceea ce privește curenții de bază și colectori, relația dintre cele două variabile fiind mai liniară. Cu excepția cazului în care nu este, bineînțeles. Acesta este compromisul dintre simplitate și precizie. Într-un efort de a face lucrurile mai simple, adesea ajungem să le greșim .

Trebuie remarcat aici că, deși tranzistorii de joncțiune bipolară nu sunt dispozitive cu adevărat controlate de curent, acestea pot fi considerate a fi (aproximativ) dispozitive de control al curentului. Aceasta este o distincție importantă care se pierde cu ușurință în astfel de chestiuni, în cazul în care presupunerile de bază sunt contestate.

Întrebarea 12

Un termen comun folosit în ingineria circuitelor semiconductoare este analiza semnalului mic . Care este exact analiza semnalului mic și cum contrazice analiza semnalului mare ?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Analiza semnalului mic este locul unde se presupune că semnalele sunt suficient de mici în magnitudine încât dispozitivul (ele) activ (e) ar trebui să răspundă în mod aproape liniar. Analiza mare a semnalelor este acolo unde se presupune că semnalele sunt suficient de mari încât componentele nonlinearităților devin semnificative.

Următoarea întrebare: de ce inginerii ar deranja cu două moduri de analiză în loc de un singur (semnal mare), unde comportamentul adevărat (neliniar) al componentelor este luat în considerare? Explicați acest lucru în termeni de teoreme de rețea și alte "instrumente" matematice disponibile pentru ingineri pentru analiza circuitului.

Note:

Atunci când se cercetează manuale de inginerie și alte resurse, acești termeni sunt destul de des folosiți fără introducere, lăsând mulți studenți începători confuzi.

Întrebarea 13

Explicați ce înseamnă pentru ca un tranzistor să funcționeze în modul "activ" (spre deosebire de cutoff, saturație sau defalcare).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

În modul activ, un tranzistor "dărâmă" curentul undeva între a fi complet oprit și complet.

Note:

Ajutați studenții să contracteze funcționarea tranzistorului activ cu ceea ce știu despre tranzistori ca elemente de comutare (fie saturate sau decupate). Cereți-le să explice ce este unic în ceea ce privește comportamentul tranzitorilor în regiunea activă care nu este expusă în nicio altă regiune (adică comportamentul tranzistorului în ceea ce privește curentul colector și tensiunea colector-emițător).

Întrebarea 14

Știm că graficele nu sunt decât colecții de puncte individuale care reprezintă date corelate într-un sistem. Iată o diagramă a curbei caracteristice a tranzistorului (pentru o singură valoare a curentului de bază):

Și aici este un complot al "liniei de încărcare" pentru un circuit amplificator tranzistor:

Pentru fiecare dintre aceste grafice, alegeți un singur punct de-a lungul curbei (sau linie) și descrieți ce reprezintă acel punct unic, în termeni reali. Ce înseamnă un singur punct de date de-a lungul oricăruia dintre aceste grafice într-un circuit tranzistor "# 14"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Pentru o curbă caracteristică a unui tranzistor, un punct de date reprezintă cantitatea de curent care va trece prin terminalul colector pentru o anumită cantitate de curent de bază și o anumită cantitate de cădere de tensiune colector-emițător.

Pentru o linie de încărcare, un punct de date reprezintă cantitatea de tensiune colector-emițător disponibilă pentru tranzistor pentru o anumită cantitate de curent colector.

Intersecția unei curbe caracteristice și a unei linii de încărcare reprezintă un curent colector (și o cădere de tensiune V CE corespunzătoare) care "satisface" toate condițiile componentelor.

Note:

Discutați temeinic această întrebare cu elevii dvs. Atât de mulți elevi din domeniul electronicii învață să traseze linii de încărcare pentru circuitele amplificatoare fără să înțeleagă vreodată de ce trebuie să facă acest lucru. Loturile de linie de încărcare sunt instrumente foarte utile în analiza circuitului amplificator, dar semnificația fiecărei curbe / linii trebuie să fie bine înțeleasă înainte de a deveni utilă ca instrument de înțelegere.

Întrebați elevii care dintre cele două tipuri de grafice (curbele caracteristice sau liniile de încărcare) reprezintă comportamentul natural al componentei sau "liber", și care reprezintă condițiile limitate într-un anumit circuit.

Întrebarea 15

Descrieți ce este o linie de încărcare, la care apare suprapusă pe acest grafic al curbelor caracteristice ale tranzistorului:

Ce anume reprezintă linia de încărcare în circuitul "# 15"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

O linie de încărcare este un grafic care arată cantitatea de tensiune colector-emițător disponibilă pentru tranzistor (V CE ) pentru orice curent colector dat:

Următoarea întrebare: de ce liniile de încărcare sunt întotdeauna drepte și nu sunt îndoite deoarece curbele caracteristice ale tranzistorului sunt "note ascunse"> Note:

Este foarte important ca elevii să înțeleagă natura ontologică a liniilor de încărcare (adică ceea ce sunt ) dacă trebuie să le folosească frecvent în analiza circuitului tranzistorului. Acest lucru, din nefericire, nu este adesea adus de studenți atunci când încep să studieze circuitele tranzistorilor, și pun accentul direct pe manualele (și instructorii) care nu petrec suficient timp introducând conceptul.

Modul meu preferat de predare a elevilor despre liniile de sarcină este de a le avea linii de încărcare complot pentru circuitele non-tranzistor, cum ar fi separatoare de tensiune (cu unul din cele două rezistoare etichetate ca "sarcină", ​​iar celălalt rezistor făcut variabilă) și diode rezistor circuite.

Întrebarea 16

Deși curbele caracteristice pentru un tranzistor sunt de obicei generate într-un circuit în care curentul de bază este constant și tensiunea colector-emițător (V CE ) este variată, de obicei nu este modul în care sunt construite circuitele amplificatorului tranzistor. În mod tipic, curentul de bază variază în funcție de semnalul de intrare, iar sursa de alimentare cu colector este o sursă de tensiune fixă:

Prezența unui rezistor de sarcină în circuit adaugă o altă dinamică comportamentului circuitului. Explicați ce se întâmplă cu tensiunea colector-emițător a tranzistorului (V CE ) pe măsură ce crește curentul colectorului (scăzând mai multă tensiune a bateriei peste rezistența de sarcină) și trasați calitativ această linie de încărcare pe același tip de grafic utilizat pentru plotarea curbelor tranzistorului:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Deoarece nu există numere de-a lungul axelor acestui grafic, cel mai bine puteți face este să complotați panta generală a liniei, de la partea superioară la cea inferioară dreaptă:

Note:

Întrebați elevul dvs. de ce acest complot este drept, și nu curbat ca funcția caracteristică a tranzistorului.

Întrebarea 17

Calculați și suprapuneți linia de încărcare pentru acest circuit deasupra curbelor caracteristice ale tranzistorului:

Apoi, determinați cantitatea de curent colector din circuit la următoarele valori ale curentului de bază:

I B = 10 uA
I B = 20 uA
I B = 30 uA
I B = 40 μA
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I B = 10 uA; I C = 3, 75 mA
I B = 20 uA; I C = 6, 25 mA
I B = 30 uA; I C = 8, 5 mA
I B = 40 uA; I C = 9, 5 mA

Note:

Ar fi bine să subliniem ceva aici: suprapunerea unei funcții liniare pe un set de funcții neliniare și căutarea punctelor de intersecție ne permite să rezolvăm pentru mai multe variabile într-un sistem matematic neliniar. În mod normal, numai sistemele liniare de ecuații sunt considerate "solvabile" fără a recurge la calcule aritmetice care consumă foarte mult timp, dar aici avem un instrument puternic (grafic) pentru aproximarea valorilor variabilelor într-un sistem neliniar. Deoarece aproximațiile sunt cele mai bune pe care le putem spera în circuitele tranzistorului oricum, acest lucru este destul de bun!

Întrebarea 18

În acest grafic veți observa trei linii de încărcare diferite, reprezentând trei valori diferite ale rezistenței de sarcină în circuitul amplificatorului:

Care dintre cele trei linii de sarcină reprezintă cea mai mare valoare a rezistenței de sarcină ( sarcina R) "# 18"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Linia de încărcare cea mai apropiată de orizontală reprezintă cea mai mare valoare a rezistenței la sarcină și reprezintă, de asemenea, condiția în care V CE va varia cel mai mult pentru o anumită cantitate de schimbare a curentului de bază (semnal de intrare).

Note:

Această întrebare îi provoacă pe studenți să compare valorile rezistorului de încărcare cu liniile de încărcare și atât pentru măsurarea practică a câștigului de tensiune într-un circuit amplificator simplu. Ca o ilustrare, cereți studenților să analizeze modificările circuitului pentru un semnal de intrare care variază între 5 μA și 10 μA pentru cele trei valori diferite ale rezistorului de încărcare. Diferența dintre ΔV CE trebuie să fie foarte evidentă!

Întrebarea 19

Un parametru important al circuitelor amplificatoare tranzistorice este punctul Q sau punctul de funcționare în staționare . "Punctul Q" al unui circuit amplificator de tranzistor va fi un singur punct undeva de-a lungul liniei de încărcare.

Descrieți ce înseamnă "punctul Q" pentru un circuit de amplificator de tranzistor și cum se poate modifica valoarea acestuia.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Punctul Q" pentru un circuit de amplificator de tranzistor este punctul de-a lungul regiunii sale de funcționare într-o stare "în stare de repaus": când nu există nici un semnal de intrare amplificat.

Note:

Punctele Q sunt foarte importante în procesul de proiectare a amplificatoarelor tranzistorice, dar din nou, elevi nu par să înțeleagă sensul real al conceptului. Cereți studenților dvs. să explice cum linia de sarcină formată de rezistența de sarcină și de curbele caracteristice ale tranzistorului descriu toate condițiile de funcționare posibile ale curentului colector și V CE pentru acel circuit amplificator. Apoi discutați cum este definită starea acelui circuit la un anumit moment în timp de -a lungul acestor grafice (printr-o linie, o curbă sau un punct?).

Întrebarea 20

Graficul următor este o familie de curbe caracteristice pentru un anumit tranzistor:

Trageți linia de încărcare și identificați punctul Q pe acea linie de încărcare pentru un circuit amplificator colector comun care utilizează acest tranzistor:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: poziția punctului Q al acestui circuit este aproximativ la mijlocul liniei de încărcare. Ați spune că acest lucru indică un amplificator părtinitor pentru operarea de clasă A sau pentru o altă clasă de operațiuni "note hidden"> Note:

Scopul acestei întrebări este de ai face pe studenți să-și relateze cunoștințele existente despre analiza DC a circuitelor colectoare obișnuite la conceptul de linii de sarcină și punctele Q. Cereți studenților dvs. să împărtășească tehnicile de analiză cu întreaga clasă.

Întrebarea 21

Graficul următor este o familie de curbe caracteristice pentru un anumit tranzistor:

Trageți linia de încărcare și identificați punctul Q de pe acea linie de încărcare pentru un circuit amplificator comun emițător utilizând acest tranzistor:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: determinați ce s-ar întâmpla cu punctul Q dacă rezistența R 2 (rezistența de biasing de 2, 2 kΩ) nu ar fi deschisă.

Note:

Scopul acestei întrebări este de a face pe studenți să-și relateze cunoștințele existente despre analiza DC a circuitelor de emițător obișnuit la conceptul liniilor de sarcină și puncte Q. Cereți studenților dvs. să împărtășească tehnicile de analiză cu întreaga clasă.

Întrebarea 22

Graficul următor este o familie de curbe caracteristice pentru un anumit tranzistor:

Suprapuneți pe acel grafic o linie de încărcare pentru următorul circuit de amplificator obișnuit folosind același tranzistor:

De asemenea, determinați unele valori ale rezistorului de părtinire (R 1 și R 2 ) care vor determina punctul Q să se odihnească aproximativ la mijlocul liniei de încărcare.

R1 = R2 =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există mai multe perechi de valori ale rezistenței care vor funcționa corespunzător pentru a poziționa punctul Q în centrul liniei de încărcare. Am lăsat acest lucru un exercițiu pentru tine de a lucra și discuta cu colegii de clasă!

Următoarea întrebare: determinați ce s-ar întâmpla cu punctul Q dacă rezistența R 2 (rezistența de biasing de 2, 2 kΩ) nu ar fi deschisă.

Note:

Aceasta este o întrebare foarte practică, deoarece tehnicienii și inginerii trebuie să aleagă o polarizare corectă, astfel încât circuitele lor de amplificare să funcționeze în clasa dorită (A, în acest caz). Există mai mult decât un răspuns adecvat pentru valorile rezistorului, deci asigurați-vă că elevii dvs. împărtășesc soluțiile lor cu întreaga clasă, astfel încât să fie explorate multe opțiuni.

Întrebarea 23

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.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →