डायोड और ट्रांज़िस्टर: चरण-दर-चरण हल सहित अभ्यास प्रश्न

Q: डायोड और ट्रांज़िस्टर क्या है?

एक डायोड धारा को केवल एक दिशा में बहने देता है, जैसे पानी के पाइप में एकदिशीय वाल्व। उसके प्रतीक में तीर उस दिशा को दिखाता है जिसमें धारा बह सकती है। जब वह चालन करता है (वह अग्र-अभिनत होता है), तब सिलिकॉन डायोड धारा चाहे जितनी हो, अपने आर-पार लगभग 0.7 V बनाए रखता है। यह स्थिर-पात मॉडल है।

Q: डायोड और ट्रांज़िस्टर के प्रश्न चरण-दर-चरण कैसे हल करें?

ज़ेनर नियामक: विपरीत-अभिनत ज़ेनर डायोड अपनी वोल्टता VZ तब तक बनाए रखता है जब तक उसकी धारा न्यूनतम IZ,min से ऊपर रहे। श्रेणी प्रतिरोधक R निवेश और निर्गत का अंतर वहन करता है: IR = (Vin − VZ)/R। वह धारा भार, IL = VZ/RL, और ज़ेनर, IZ = IR − IL, के बीच बँटती है। सबसे बुरी स्थितियों के लिए अभिकल्पन करें: सबसे कम निवेश के साथ सबसे बड़े भार पर भी IZ,min बचना चाहिए, और सबसे ऊँचे निवेश के साथ बिना भार के ज़ेनर की सबसे बड़ी शक्ति PZ = VZ·IZ मिलती है।

Q: डायोड और ट्रांज़िस्टर में आम गलतियाँ क्या हैं?

ज़ेनर 3.3 V बनाए रखता है: R पर केवल Vin − VZ है। प्रतिरोधक की वोल्टता Vin − VZ है, VZ नहीं। उत्तर mA में दीजिए।

Q: डायोड और ट्रांज़िस्टर के अभ्यास में क्या शामिल है?

आसान: डायोड परिपथ मध्यम: BJT बायस बिंदु कठिन: स्विच के रूप में BJT हर प्रश्न में नए मान होते हैं, इसलिए आप उत्तर नहीं बल्कि विधि सीखते हैं। अटक गए? पहले एक छोटा संकेत खोलें, और पूरी व्याख्या तभी जब ज़रूरत हो।

आरेखों, संकेतों और पूर्ण हल के साथ मुफ़्त डायोड और ट्रांज़िस्टर अभ्यास प्रश्न। हर बार नए मान, तीन स्तरों पर: डायोड परिपथ, BJT बायस बिंदु, स्विच के रूप में BJT।

महत्वपूर्ण: केवल सीखने के लिए

केवल सीखने के लिए। इन परिणामों का उपयोग असली विद्युत उपकरणों के डिज़ाइन, स्थापना, मरम्मत या परीक्षण के लिए न करें। मुख्य आपूर्ति (मेन्स) और उच्च वोल्टता जानलेवा हो सकती हैं: विद्युत कार्य स्थानीय नियमों का पालन करते हुए योग्य इलेक्ट्रीशियन द्वारा ही किया जाना चाहिए। उपयोग की शर्तें

मुफ़्त अभ्यास प्रश्नआसान

हरी LED, जिसकी अग्र वोल्टता 2.2 V है, 24 V आपूर्ति से श्रेणी प्रतिरोधक के माध्यम से चलता है। वह प्रतिरोध R ज्ञात कीजिए जो LED धारा को 15 mA पर रखे।

V_s = 24 VV_F = 2.2 VI = 15 mA

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डायोड और ट्रांज़िस्टर का मुफ़्त अभ्यास करें अभी डायोड और ट्रांज़िस्टर का अभ्यास करेंहर दिन 5 मुफ़्त प्रश्न। कार्ड की ज़रूरत नहीं।

आप क्या अभ्यास करेंगे

आसानडायोड परिपथ
मध्यमBJT बायस बिंदु
कठिनस्विच के रूप में BJT

मुख्य सूत्र

डायोड (नियत वोल्टता पात): V_D = 0.7 V when conducting
सक्रिय क्षेत्र: V_BE = 0.7 V, I_C = β·I_B, I_E = (β + 1)·I_B
स्थिर बायस: I_B = (V_CC − 0.7)/R_B
विभाजक बायस: I_B = (V_TH − 0.7)/(R_TH + (β + 1)R_E)
विभाजक का थेवेनिन तुल्य: V_TH = V_CC·R₂/(R₁ + R₂), R_TH = R₁∥R₂
संग्राहक लूप: V_CE = V_CC − I_CR_C − I_ER_E
संतृप्ति: I_C(sat) = (V_CC − V_CE(sat))/R_C, I_B ≥ I_C(sat)/β

डायोड और ट्रांज़िस्टर शुरू से सीखें

इससे पहले: श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक

1डायोड: एकदिशीय वाल्व

एक डायोड धारा को केवल एक दिशा में बहने देता है, जैसे पानी के पाइप में एकदिशीय वाल्व। उसके प्रतीक में तीर उस दिशा को दिखाता है जिसमें धारा बह सकती है।

जब वह चालन करता है (वह अग्र-अभिनत होता है), तब सिलिकॉन डायोड धारा चाहे जितनी हो, अपने आर-पार लगभग 0.7 V बनाए रखता है। यह स्थिर-पात मॉडल है।

इसलिए चालन करता डायोड एक छोटी 0.7 V बैटरी की तरह व्यवहार करता है जो वोल्टता घटा देती है। प्रतिरोधक को वही मिलता है जो बचता है:

I = (V_s − n·0.7) / R

यहाँ n श्रेणी में चालन कर रहे डायोडों की संख्या है। उलटा जोड़ने पर डायोड अवरोध करता है और धारा शून्य होती है।

स्व-जाँच एक 9 V स्रोत 1 kΩ प्रतिरोधक और श्रेणी में दो अग्र-अभिनत सिलिकॉन डायोडों से होकर धारा चलाता है। धारा कितनी है?

10.4 mA
7.6 mA
8.3 mA
9 mA

उत्तर: 7.6 mA. I = (9 − 2·0.7)/1 kΩ = 7.6 mA। केवल एक डायोड गिनने पर 8.3 mA आता है, डायोडों की अनदेखी करने पर 9 mA, और उनकी वोल्टता जोड़ देने पर 10.4 mA।

2द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर

एक BJT (द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर) के तीन टर्मिनल होते हैं: आधार (B), संग्राहक (C) और उत्सर्जक (E)। NPN प्रकार में धारा संग्राहक और आधार में प्रवेश करती है, और उत्सर्जक से बाहर निकलती है।

एक छोटी आधार धारा I_B कहीं बड़ी संग्राहक धारा I_C को नियंत्रित करती है। यह नल की तरह काम करता है: हैंडल पर थोड़ा-सा बल बड़े प्रवाह को नियंत्रित करता है।

सामान्य कार्य क्षेत्र, यानी सक्रिय क्षेत्र, में तीन तथ्य सही रहते हैं:

V_BE = 0.7 V I_C = β·I_B I_E = (β + 1)·I_B

धारा लब्धि β (बीटा) सामान्यतः 50 से 300 के बीच होती है। आधार-उत्सर्जक सिरा एक डायोड है, इसीलिए V_BE 0.7 V होता है।

स्व-जाँच सक्रिय क्षेत्र में β = 80 वाले ट्रांजिस्टर की आधार धारा 0.05 mA है। संग्राहक धारा कितनी है?

0.05 mA
0.625 µA
4 mA
4.05 mA

उत्तर: 4 mA. I_C = β·I_B = 80·0.05 = 4 mA। 4.05 mA उत्सर्जक धारा (β + 1)·I_B है, और 0.625 µA में गुणा करने के बजाय β से भाग दिया गया है।

3सक्रिय क्षेत्र या संतृप्ति

संग्राहक धारा R_C से होकर बहती है, इसलिए ट्रांजिस्टर के आर-पार बची वोल्टता है:

V_CE = V_CC − I_C·R_C

I_C असीमित रूप से नहीं बढ़ सकती। जब ट्रांजिस्टर पूरी तरह ON होता है, तब केवल एक छोटी V_CE(sat) ≈ 0.2 V बचती है, और धारा अकेले R_C तय करता है:

I_C(sat) = (V_CC − V_CE(sat)) / R_C

सक्रिय क्षेत्र: β·I_B, I_C(sat) से छोटा है। तब I_C = β·I_B। प्रवर्धकों में उपयोग होता है।
संतृप्ति: β·I_B, I_C(sat) से बड़ा है। तब I_C = I_C(sat), और ट्रांजिस्टर एक बंद स्विच है।
कट-ऑफ: आधार धारा नहीं, तो संग्राहक धारा भी नहीं। ट्रांजिस्टर एक खुला स्विच है।

ट्रांजिस्टर को स्विच की तरह उपयोग करने के लिए उसे कम से कम I_B = I_C(sat)/β देना होता है, सुरक्षा के लिए अक्सर इससे कई गुना ज़्यादा।

स्व-जाँच β = 100 वाले ट्रांजिस्टर में V_CC = 10.2 V, R_C = 2 kΩ और आधार धारा 0.1 mA है। V_CE(sat) = 0.2 V लें। I_C कितनी है?

0.1 mA
10 mA
5 mA
5.1 mA

उत्तर: 5 mA. I_C(sat) = (10.2 − 0.2)/2 = 5 mA। β·I_B = 10 mA इससे ज़्यादा है, इसलिए ट्रांजिस्टर संतृप्त है और I_C = 5 mA। 0.2 V छोड़ देने पर 5.1 mA आता है।

4विधि चरण-दर-चरण

ऐसे ट्रांजिस्टर के लिए जिसमें V_CC से आधार प्रतिरोधक R_B जुड़ा है (नियत बायस):

आधार लूप पर चलें: V_CC पहले R_B पर गिरती है और फिर आधार-उत्सर्जक सिरे पर 0.7 V।
आधार धारा ज्ञात करें: I_B = (V_CC − 0.7)/R_B।
संग्राहक धारा ज्ञात करें: I_C = β·I_B।
संग्राहक-उत्सर्जक वोल्टता ज्ञात करें: V_CE = V_CC − I_C·R_C।
क्षेत्र जाँचें: V_CE लगभग 0.2 V से ऊपर होनी चाहिए। यदि नहीं, तो ट्रांजिस्टर संतृप्त है और I_C = I_C(sat)।

V को वोल्ट में और R को kΩ में लेने पर धाराएँ mA में आती हैं। इससे संख्याएँ आसान रहती हैं।

5एक हल किया गया उदाहरण

हर चरण का अनुसरण करें। अगला चरण खोलने से पहले उसका अनुमान लगाने का प्रयास करें।

हल किया गया उदाहरण

β = 100 वाले एक NPN ट्रांजिस्टर में V_CC = 12 V से उसके आधार तक R_B = 565 kΩ है, R_C = 2.2 kΩ है और उत्सर्जक भूसंपर्कित है। V_BE = 0.7 V लें। I_C और V_CE ज्ञात कीजिए।

परिपथ को देखें

आधार धारा V_CC से R_B होकर आती है।

आधार धारा

I_B = (12 − 0.7) / 565 = 0.02 mA

संग्राहक धारा

I_C = β·I_B = 100·0.02 = 2 mA

संग्राहक-उत्सर्जक वोल्टता

V_CE = 12 − 2·2.2 = 7.6 V

क्षेत्र जाँचें

संतृप्ति धारा (12 − 0.2)/2.2 = 5.36 mA होती। हमारी 2 mA उससे कम है, और V_CE = 7.6 V, 0.2 V से काफ़ी ऊपर है।

इसलिए ट्रांजिस्टर सचमुच सक्रिय क्षेत्र में है, और I_C = β·I_B का उपयोग उचित था।

उत्तर

I_C = 2 mA और V_CE = 7.6 V।

6सामान्य गलतियाँ

चालन करते हर डायोड की, या आधार-उत्सर्जक सिरे की, 0.7 V की गिरावट भूल जाना।
ट्रांजिस्टर के संतृप्त होने पर I_C = β·I_B का उपयोग करना। हमेशा V_CE जाँचें।
I_C और I_E को आपस में उलझा देना। उत्सर्जक आधार धारा भी वहन करता है: I_E = (β + 1)·I_B।
स्विच के लिए I_C(sat) में V_CE(sat) = 0.2 V भूल जाना, या β से भाग देना भूल जाना।

स्व-जाँच β = 100 वाला एक ट्रांजिस्टर V_CC = 5 V से एक 100 Ω भार को स्विच करता है। आधार को R_B से होकर 5 V से चलाया जाता है। V_CE(sat) = 0.2 V लें। R_B का सबसे बड़ा मान क्या है जो उसे फिर भी संतृप्त करे?

10.4 kΩ
8.6 kΩ
8.96 kΩ
89.6 Ω

उत्तर: 8.96 kΩ. I_C(sat) = 4.8/100 = 48 mA, इसलिए I_B ≥ 0.48 mA और R_B = (5 − 0.7)/0.48 = 8.96 kΩ। 0.7 V भूल जाने पर 10.4 kΩ आता है, β भूल जाने पर 89.6 Ω, और 0.2 V छोड़ देने पर 8.6 kΩ।

7परीक्षा प्रश्न कैसे दिखते हैं

आसान: डायोड परिपथ। एक स्रोत, एक प्रतिरोधक और श्रेणी में एक या दो डायोड, या प्रतिरोधक के समांतर एक डायोड। आपको धारा mA में ज्ञात करनी होती है।
मध्यम: BJT का बायस बिंदु। उदाहरण जैसा नियत बायस, या उत्सर्जक प्रतिरोधक वाला वोल्टता-विभाजक बायस। आपको I_C या V_CE ज्ञात करना होता है।
कठिन: स्विच के रूप में BJT। आप संतृप्ति के लिए R_B का डिज़ाइन करते हैं, कभी-कभी ओवरड्राइव गुणक के साथ, या तय करते हैं कि दिया गया R_B ट्रांजिस्टर को संतृप्त करता है या नहीं।

प्रतिरोधक के समांतर डायोड उस नोड को 0.7 V पर क्लैंप कर देता है। तब प्रतिरोधक 0.7/R धारा लेता है, और बाकी धारा डायोड लेता है।

विभाजक बायस के लिए पहले विभाजक को उसके थेवेनिन तुल्य से बदलें:

V_TH = V_CC·R₂/(R₁ + R₂) R_TH = R₁ ∥ R₂

I_B = (V_TH − 0.7) / (R_TH + (β + 1)·R_E) V_CE = V_CC − I_C·R_C − I_E·R_E

ओवरड्राइव गुणक k के साथ, न्यूनतम आधार धारा के k गुना के लिए डिज़ाइन करें: R_B = (V_in − 0.7) / (k·I_C(sat)/β)।

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हल किए गए उदाहरण

उदाहरण 1आसान

3.3 V का ज़ेनर डायोड 18 V से 470 Ω प्रतिरोधक के माध्यम से जुड़ा है, कोई भार जुड़ा नहीं है। प्रतिरोधक में धारा I_R ज्ञात कीजिए।

V_in = 18 VV_Z = 3.3 VR = 470 Ω

ज्ञात करें: I_R (mA)

संकेत दिखाएँ

ज़ेनर निर्गत को V_Z पर बनाए रखता है।
V_R = 18 − 3.3 = 14.7 V.
I = V/R.

उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

ज़ेनर नियामक: विपरीत-अभिनत ज़ेनर डायोड अपनी वोल्टता V_Z तब तक बनाए रखता है जब तक उसकी धारा न्यूनतम I_Z,min से ऊपर रहे। श्रेणी प्रतिरोधक R निवेश और निर्गत का अंतर वहन करता है: I_R = (V_in − V_Z)/R। वह धारा भार, I_L = V_Z/R_L, और ज़ेनर, I_Z = I_R − I_L, के बीच बँटती है। सबसे बुरी स्थितियों के लिए अभिकल्पन करें: सबसे कम निवेश के साथ सबसे बड़े भार पर भी I_Z,min बचना चाहिए, और सबसे ऊँचे निवेश के साथ बिना भार के ज़ेनर की सबसे बड़ी शक्ति P_Z = V_Z·I_Z मिलती है।

प्रतिरोधक वोल्टता

V_R = 18 − 3.3 = 14.7 V

धारा

I_R = 14.7/470 = 31.28 mA

उत्तर

I_R = 31.28 mA

उदाहरण 2मध्यम

5.1 V का ज़ेनर नियामक 12 V से 270 Ω के माध्यम से जुड़ा है और 3300 Ω का भार चलाता है। ज़ेनर धारा I_Z ज्ञात कीजिए।

V_in = 12 VV_Z = 5.1 VR = 270 ΩR_L = 3300 Ω

ज्ञात करें: I_Z (mA)

संकेत दिखाएँ

I_R = (12 − 5.1)/270 = 25.56 mA.
I_L = 5.1/3300 = 1.545 mA.
I_Z = I_R − I_L.

उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

प्रतिरोधक धारा

I_R = 6.9/270 = 25.56 mA

लोड धारा

I_L = 5.1/3300 = 1.545 mA

ज़ेनर धारा

I_Z = 25.56 − 1.545 = 24.01 mA

उत्तर

I_Z = 24.01 mA

उदाहरण 3कठिन

β = 200 वाला एक NPN ट्रांज़िस्टर V_CC = 12 V और अपने संग्राहक के बीच जुड़े 150 Ω भार प्रतिरोधक को स्विच करता है। उत्सर्जक भू से जुड़ा है। आधार को 5 V लॉजिक निर्गत से आधार प्रतिरोधक R_B = 100 kΩ के माध्यम से चलाया जाता है। V_BE = 0.7 V और V_CE(sat) = 0.2 V लें। निवेश उच्च होने पर संग्राहक धारा I_C mA में ज्ञात कीजिए। पहले तय करें कि ट्रांज़िस्टर संतृप्त है या नहीं।

V_CC = 12 VR_C = 150 Ωβ = 200V_in = 5 VV_BE = 0.7 VV_CE(sat) = 0.2 VR_B = 100 kΩ

ज्ञात करें: I_C (mA)

संकेत दिखाएँ

निवेश लूप से आधार धारा ज्ञात करें: I_B = (V_in − 0.7)/R_B।
β·I_B की तुलना भार द्वारा अनुमत सबसे बड़ी धारा I_C(sat) = (V_CC − 0.2)/R_C से करें।
I_B = 43 µA, I_C(sat) = 78.67 mA.

उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

स्विच के रूप में BJT: किसी भार को पूरी तरह चालू करने के लिए ट्रांज़िस्टर को संतृप्ति में ले जाया जाता है, जहाँ V_CE = V_CE(sat) और संग्राहक धारा भार द्वारा तय होती है: I_C(sat) = (V_CC − V_CE(sat))/R_C। संतृप्ति के लिए कम से कम I_B = I_C(sat)/β चाहिए। यदि आधार धारा कम है, तो ट्रांज़िस्टर सक्रिय रहता है और I_C = β·I_B।

आधार धारा

I_B = (5 − 0.7)/100 kΩ = 43 µA

संतृप्त या सक्रिय?

β·I_B, I_C(sat) से छोटा है, इसलिए ट्रांज़िस्टर सक्रिय रहता है।

β·I_B = 8.6 mA

I_C(sat) = (12 − 0.2)/150 = 78.67 mA

संग्राहक धारा

I_C = β·I_B = 8.6 mA

उत्तर

I_C = 8.6 mA

ट्रांज़िस्टर सक्रिय है, इसलिए भार पूरी तरह चालू नहीं है।

प्रश्न और उत्तर

डायोड और ट्रांज़िस्टर क्या है?

डायोड और ट्रांज़िस्टर के प्रश्न चरण-दर-चरण कैसे हल करें?

डायोड और ट्रांज़िस्टर में आम गलतियाँ क्या हैं?

ज़ेनर 3.3 V बनाए रखता है: R पर केवल V_in − V_Z है।
प्रतिरोधक की वोल्टता V_in − V_Z है, V_Z नहीं।
उत्तर mA में दीजिए।

डायोड और ट्रांज़िस्टर के अभ्यास में क्या शामिल है?

आसान: डायोड परिपथ
मध्यम: BJT बायस बिंदु
कठिन: स्विच के रूप में BJT

हर प्रश्न में नए मान होते हैं, इसलिए आप उत्तर नहीं बल्कि विधि सीखते हैं। अटक गए? पहले एक छोटा संकेत खोलें, और पूरी व्याख्या तभी जब ज़रूरत हो।

अभ्यास कैसे काम करता है

हर प्रश्न में नए मान होते हैं, इसलिए आप उत्तर नहीं बल्कि विधि सीखते हैं।
अटक गए? पहले एक छोटा संकेत खोलें, और पूरी व्याख्या तभी जब ज़रूरत हो।
आपकी प्रगति, गलतियाँ और सहेजे गए प्रश्न रखे जाते हैं, ताकि आप परीक्षा से पहले दोहरा सकें।

इससे पहले और बाद के विषय

पहले सीखें

श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक

कैलकुलेटर

LED प्रतिरोधक कैलकुलेटर 555 टाइमर कैलकुलेटर (अस्थायी और एकस्थायी)

इस विषय वाले कोर्स

इलेक्ट्रॉनिकी 1 FE Electrical and Computer परीक्षा अभ्यास

इलेक्ट्रिकल में और विषय

श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक अध्यारोपण थेवेनिन और नॉर्टन नोडल विश्लेषण मेश विश्लेषण RC और RL क्षणिक अवस्थाएँ AC प्रतिबाधा और फ़ेज़र AC शक्ति और शक्ति गुणक LC अनुनाद, Q गुणक और बैंडविड्थ त्रि-फ़ेज़ शक्ति ट्रांसफ़ॉर्मर DC मोटरें ऑप-एम्प परिपथ DC-DC कन्वर्टर डिजिटल लॉजिक: गेट, K-मानचित्र और फ़्लिप-फ़्लॉप व्हीटस्टोन सेतु और स्ट्रेन गेज डेटा अधिग्रहण और प्रतिचयन लाप्लास रूपांतर ब्लॉक आरेख सोपान अनुक्रिया बोडे आरेख और सीमाएँ स्थायित्व: राउथ–हरविट्ज़ और मूल बिंदुपथ स्थायी-अवस्था त्रुटि और PID नियंत्रण संवलन और LTI तंत्र

प्रिंट करने योग्य वर्कशीट

उत्तरों सहित डायोड और ट्रांज़िस्टर वर्कशीट