Diodai ir tranzistoriai: uždaviniai su sprendimais žingsnis po žingsnio

Nemokami uždaviniai tema Diodai ir tranzistoriai su brėžiniais, užuominomis ir išsamiais sprendimais. Kiekvieną kartą naujos reikšmės, trijų lygių: diodų grandinės, dvipolio tranzistoriaus darbo taškas, dvipolis tranzistorius kaip jungiklis.

Nemokamas pratybų uždavinysLengvas
+−24 VR = ?2,2 V15 mA

žali LED, kurio tiesioginė įtampa 2,2 V, maitinamas iš 24 V šaltinio per nuosekliąjį rezistorių. Raskite varžą R, nustatančią 15 mA LED srovę.

Vs = 24 VVF = 2,2 VI = 15 mA
Ω
Kitas uždavinys →
Praktikuokitės nemokamai: Diodai ir tranzistoriaiPraktikuokitės dabar: Diodai ir tranzistoriaiKasdien nemokamų uždavinių: 5. Kortelės nereikia.

Ką praktikuositės

  1. Lengvasdiodų grandinės
  2. Vidutinisdvipolio tranzistoriaus darbo taškas
  3. Sunkusdvipolis tranzistorius kaip jungiklis

Pagrindinės formulės

Diodas (pastovus įtampos kritimas)
VD = 0,7 V when conducting
Aktyvioji sritis
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Fiksuotasis maitinimas
IB = (VCC − 0,7)/RB
Maitinimas per daliklį
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Daliklio Tevenino ekvivalentas
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Kolektoriaus kontūras
VCE = VCC − ICRC − IERE
Įsotinimas
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Išmokite Diodai ir tranzistoriai nuo nulio

Prieš tai: Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

1Diodas: vienpusis vožtuvas

Diodas leidžia srovei tekėti tik viena kryptimi, tarsi vienpusis vožtuvas vandens vamzdyje. Jo simbolio rodyklė rodo kryptį, kuria gali tekėti srovė.

Kai jis praleidžia srovę (yra pastūmėtas laidumo kryptimi), silicio diodo įtampa išlieka maždaug 0,7 V, nesvarbu, kokia srovė. Tai pastovaus kritimo modelis.

+−Vs​R0,7 VI

Taigi laidus diodas elgiasi kaip maža 0,7 V baterija, kuri atima įtampą. Rezistorius gauna tai, kas lieka:

I = (Vs − n·0,7) / R

Čia n yra nuosekliai sujungtų laidžių diodų skaičius. Apgręžtas diodas užsiveria ir srovė lygi nuliui.

Savikontrolė 9 V šaltinis varo srovę per 1 kΩ rezistorių ir du nuosekliai sujungtus silicio diodus, pastūmėtus laidumo kryptimi. Kokia srovė?
  1. 10,4 mA
  2. 7,6 mA
  3. 8,3 mA
  4. 9 mA

Atsakymas: 7,6 mA. I = (9 − 2·0,7)/1 kΩ = 7,6 mA. Suskaičiavus tik vieną diodą gaunama 8,3 mA, diodų nepaisant – 9 mA, o jų įtampą pridėjus – 10,4 mA.

2Bipolinis tranzistorius

BJT (bipolinis tranzistorius) turi tris išvadus: bazę (B), kolektorių (C) ir emiterį (E). NPN tipo tranzistoriuje srovė teka į kolektorių ir bazę, o iš emiterio išteka.

RC​VCC​RB​CBEβ

Maža bazės srovė IB valdo daug didesnę kolektoriaus srovę IC. Tai veikia kaip čiaupas: nedidelis pastangų kiekis ant rankenos valdo didelį srautą.

Normaliame darbo ruože, aktyviojoje srityje, galioja trys faktai:

VBE = 0,7 V IC = β·IB IE = (β + 1)·IB

Srovės stiprinimo koeficientas β (beta) paprastai yra nuo 50 iki 300. Bazės ir emiterio sandūra yra diodas, todėl VBE yra 0,7 V.

Savikontrolė Aktyviojoje srityje veikiančio tranzistoriaus, kurio β = 80, bazės srovė yra 0,05 mA. Kokia kolektoriaus srovė?
  1. 0,05 mA
  2. 0,625 µA
  3. 4 mA
  4. 4,05 mA

Atsakymas: 4 mA. IC = β·IB = 80·0,05 = 4 mA. 4,05 mA yra emiterio srovė (β + 1)·IB, o 0,625 µA gaunama dalijant iš β vietoj dauginimo.

3Aktyvioji sritis ar soties režimas

Kolektoriaus srovė teka per RC, todėl tranzistoriui lieka įtampa:

VCE = VCC − IC·RC

IC negali didėti be ribų. Kai tranzistorius visiškai atviras, lieka tik maža VCE(sat) ≈ 0,2 V, o srovę nustato vien RC:

IC(sat) = (VCC − VCE(sat)) / RC
  • Aktyvioji sritis: β·IB mažesnė už IC(sat). Tada IC = β·IB. Naudojama stiprintuvuose.
  • Soties režimas: β·IB didesnė už IC(sat). Tada IC = IC(sat), tranzistorius yra uždaras jungiklis.
  • Atkirtis: nėra bazės srovės, nėra kolektoriaus srovės. Tranzistorius yra atviras jungiklis.

Norėdami tranzistorių naudoti kaip jungiklį, pateikite bent IB = IC(sat)/β, dažnai kelis kartus daugiau, kad būtų atsarga.

Savikontrolė Tranzistoriaus, kurio β = 100, VCC = 10,2 V, RC = 2 kΩ, o bazės srovė 0,1 mA. Imkite VCE(sat) = 0,2 V. Kam lygi IC?
  1. 0,1 mA
  2. 10 mA
  3. 5 mA
  4. 5,1 mA

Atsakymas: 5 mA. IC(sat) = (10,2 − 0,2)/2 = 5 mA. β·IB = 10 mA yra daugiau, todėl tranzistorius įsotintas ir IC = 5 mA. Neįskaičius 0,2 V gaunama 5,1 mA.

4Metodas žingsnis po žingsnio

Tranzistoriui su bazės rezistoriumi RB nuo VCC (fiksuotas poslinkis):

  1. Apeikite bazės kontūrą: VCC krinta ant RB, o tada 0,7 V – ant bazės ir emiterio sandūros.
  2. Raskite bazės srovę: IB = (VCC − 0,7)/RB.
  3. Raskite kolektoriaus srovę: IC = β·IB.
  4. Raskite kolektoriaus ir emiterio įtampą: VCE = VCC − IC·RC.
  5. Patikrinkite sritį: VCE turi būti didesnė nei maždaug 0,2 V. Jei ne, tranzistorius įsotintas ir IC = IC(sat).

Kai V išreikšta voltais, o R – kΩ, srovės gaunamos mA. Taip skaičiai paprastesni.

5Išspręstas pavyzdys

Sekite kiekvieną žingsnį. Pabandykite nuspėti kitą, prieš jį atidarydami.

Išspręstas pavyzdys

NPN tranzistoriaus β = 100, RB = 565 kΩ prijungtas nuo VCC = 12 V prie bazės, RC = 2,2 kΩ, o emiteris įžemintas. Imkite VBE = 0,7 V. Raskite IC ir VCE.

1

Panagrinėkite grandinę

RC​2,2 kΩVCC​ = 12 VRB​565 kΩCBEβ = 100IB​IC​VCE​

Bazės srovė ateina iš VCC per RB.

2

Bazės srovė

IB = (12 − 0,7) / 565 = 0,02 mA
3

Kolektoriaus srovė

IC = β·IB = 100·0,02 = 2 mA
4

Kolektoriaus ir emiterio įtampa

VCE = 12 − 2·2,2 = 7,6 V
5

Patikrinkite sritį

Soties srovė būtų (12 − 0,2)/2,2 = 5,36 mA. Mūsų 2 mA yra mažiau, o VCE = 7,6 V gerokai viršija 0,2 V.

Taigi tranzistorius tikrai veikia aktyviojoje srityje, ir IC = β·IB buvo galima naudoti.

Atsakymas

IC = 2 mA ir VCE = 7,6 V.

6Dažnos klaidos

  • Pamirštamas 0,7 V kritimas ant kiekvieno laidaus diodo arba ant bazės ir emiterio sandūros.
  • IC = β·IB naudojimas, kai tranzistorius įsotintas. Visada patikrinkite VCE.
  • IC ir IE painiojimas. Emiteris praleidžia ir bazės srovę: IE = (β + 1)·IB.
  • Jungikliui pamirštama VCE(sat) = 0,2 V skaičiuojant IC(sat) arba pamirštama dalyti iš β.
Savikontrolė Tranzistorius, kurio β = 100, jungia 100 Ω apkrovą iš VCC = 5 V. Bazė valdoma iš 5 V per RB. Imkite VCE(sat) = 0,2 V. Kokia didžiausia RB, kuriai esant tranzistorius dar įsisotina?
  1. 10,4 kΩ
  2. 8,6 kΩ
  3. 8,96 kΩ
  4. 89,6 Ω

Atsakymas: 8,96 kΩ. IC(sat) = 4,8/100 = 48 mA, taigi IB ≥ 0,48 mA ir RB = (5 − 0,7)/0,48 = 8,96 kΩ. Pamiršus 0,7 V gaunama 10,4 kΩ, pamiršus β – 89,6 Ω, o neįskaičius 0,2 V – 8,6 kΩ.

7Kaip atrodo egzamino uždaviniai

  • Lengvas: diodų grandinės. Šaltinis, rezistorius ir vienas ar du nuosekliai sujungti diodai arba diodas lygiagrečiai su rezistoriumi. Randate srovę mA.
  • Vidutinis: BJT darbo taškas. Fiksuotas poslinkis, kaip pavyzdyje, arba įtampos daliklio poslinkis su emiterio rezistoriumi. Randate IC arba VCE.
  • Sunkus: BJT kaip jungiklis. Parenkate RB įsotinimui, kartais su perbudinimo koeficientu, arba nustatote, ar duota RB tranzistorių įsotina.

Lygiagrečiai su rezistoriumi sujungtas diodas užfiksuoja tą mazgą ties 0,7 V. Tada rezistorius ima 0,7/R, o diodas – likusią srovės dalį.

Daliklio poslinkiui pirmiausia pakeiskite daliklį jo Tevenino ekvivalentu:

VTH = VCC·R2/(R1 + R2) RTH = R1 ∥ R2
IB = (VTH − 0,7) / (RTH + (β + 1)·RE) VCE = VCC − IC·RC − IE·RE

Su perbudinimo koeficientu k projektuokite k kartų didesnei už mažiausią bazės srovę: RB = (Vin − 0,7) / (k·IC(sat)/β).

Mokykitės žingsnis po žingsnio programėlėjeMokykitės žingsnis po žingsnio programėlėje

Išspręsti pavyzdžiai

Pavyzdys 1Lengvas
+−18 V470 Ω3,3 VIR​ = ?

3,3 V Zenerio diodas maitinamas iš 18 V per 470 Ω rezistorių, apkrova neprijungta. Raskite rezistoriaus srovę IR.

Vin = 18 VVZ = 3,3 VR = 470 Ω

Raskite IR (mA)

Rodyti užuominas
  1. Zenerio diodas išlaiko išėjimo įtampą VZ.
  2. VR = 18 − 3,3 = 14,7 V.
  3. I = V/R.
Rodyti atsakymą ir sprendimą žingsnis po žingsnio

Zenerio stabilizatorius: atvirkštine kryptimi įjungtas Zenerio diodas išlaiko įtampą VZ, kol jo srovė viršija mažiausią IZ,min. Nuoseklusis rezistorius R priima skirtumą tarp įėjimo ir išėjimo: IR = (Vin − VZ)/R. Ši srovė dalijasi tarp apkrovos, IL = VZ/RL, ir Zenerio diodo: IZ = IR − IL. Projektuokite blogiausiems atvejams: esant mažiausiai įėjimo įtampai ir didžiausiai apkrovai vis tiek turi likti IZ,min, o didžiausia įėjimo įtampa be apkrovos duoda didžiausią Zenerio diodo galią PZ = VZ·IZ.

Rezistoriaus įtampa

VR = 18 − 3,3 = 14,7 V

Srovė

IR = 14,7/470 = 31,28 mA

Atsakymas

IR = 31,28 mA
Pavyzdys 2Vidutinis
+−12 V270 Ω5,1 V3300 ΩIZ​ = ?

5,1 V Zenerio stabilizatorius maitinamas iš 12 V per 270 Ω ir tiekia srovę 3300 Ω apkrovai. Raskite Zenerio diodo srovę IZ.

Vin = 12 VVZ = 5,1 VR = 270 ΩRL = 3300 Ω

Raskite IZ (mA)

Rodyti užuominas
  1. IR = (12 − 5,1)/270 = 25,56 mA.
  2. IL = 5,1/3300 = 1,545 mA.
  3. IZ = IR − IL.
Rodyti atsakymą ir sprendimą žingsnis po žingsnio

Zenerio stabilizatorius: atvirkštine kryptimi įjungtas Zenerio diodas išlaiko įtampą VZ, kol jo srovė viršija mažiausią IZ,min. Nuoseklusis rezistorius R priima skirtumą tarp įėjimo ir išėjimo: IR = (Vin − VZ)/R. Ši srovė dalijasi tarp apkrovos, IL = VZ/RL, ir Zenerio diodo: IZ = IR − IL. Projektuokite blogiausiems atvejams: esant mažiausiai įėjimo įtampai ir didžiausiai apkrovai vis tiek turi likti IZ,min, o didžiausia įėjimo įtampa be apkrovos duoda didžiausią Zenerio diodo galią PZ = VZ·IZ.

Rezistoriaus srovė

IR = 6,9/270 = 25,56 mA

Apkrovos srovė

IL = 5,1/3300 = 1,545 mA

Zenerio diodo srovė

IZ = 25,56 − 1,545 = 24,01 mA

Atsakymas

IZ = 24,01 mA
Pavyzdys 3Sunkus
RC​ = 150 Ωβ = 200IC​ = ?VCC​ = 12 V5 VRB​ = 100 kΩ

NPN tranzistorius, kurio β = 200, komutuoja 150 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 12 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 5 V loginio išėjimo per bazės rezistorių RB = 100 kΩ. Imkite VBE = 0,7 V ir VCE(sat) = 0,2 V. Raskite kolektoriaus srovę IC mA, kai įėjime aukštas lygis. Pirmiausia nustatykite, ar tranzistorius įsotintas.

VCC = 12 VRC = 150 Ωβ = 200Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 VRB = 100 kΩ

Raskite IC (mA)

Rodyti užuominas
  1. Bazės srovę raskite iš įėjimo kontūro: IB = (Vin − 0,7)/RB.
  2. Palyginkite β·IB su didžiausia apkrovos leidžiama srove IC(sat) = (VCC − 0,2)/RC.
  3. IB = 43 µA, IC(sat) = 78,67 mA.
Rodyti atsakymą ir sprendimą žingsnis po žingsnio

Dvipolis tranzistorius kaip jungiklis: norint visiškai įjungti apkrovą, tranzistorius įvedamas į įsotinimą, kai VCE = VCE(sat), o kolektoriaus srovę nulemia apkrova: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Įsotinimui reikia bent IB = IC(sat)/β. Jei bazės srovė mažesnė, tranzistorius lieka aktyviojoje srityje ir IC = β·IB.

Bazės srovė

IB = (5 − 0,7)/100 kΩ = 43 µA

Įsotintas ar aktyvus?

β·IB mažesnė už IC(sat), todėl tranzistorius lieka aktyviojoje srityje.

β·IB = 8,6 mA
IC(sat) = (12 − 0,2)/150 = 78,67 mA

Kolektoriaus srovė

IC = β·IB = 8,6 mA

Atsakymas

IC = 8,6 mA

Tranzistorius veikia aktyviojoje srityje, todėl apkrova įjungta ne visiškai.

Klausimai ir atsakymai

Diodai ir tranzistoriai: kas tai?

Kai jis praleidžia srovę (yra pastūmėtas laidumo kryptimi), silicio diodo įtampa išlieka maždaug 0,7 V, nesvarbu, kokia srovė. Tai pastovaus kritimo modelis.

Taigi laidus diodas elgiasi kaip maža 0,7 V baterija, kuri atima įtampą. Rezistorius gauna tai, kas lieka:

Diodai ir tranzistoriai: kaip spręsti uždavinius žingsnis po žingsnio?

Zenerio stabilizatorius: atvirkštine kryptimi įjungtas Zenerio diodas išlaiko įtampą VZ, kol jo srovė viršija mažiausią IZ,min. Nuoseklusis rezistorius R priima skirtumą tarp įėjimo ir išėjimo: IR = (Vin − VZ)/R. Ši srovė dalijasi tarp apkrovos, IL = VZ/RL, ir Zenerio diodo: IZ = IR − IL. Projektuokite blogiausiems atvejams: esant mažiausiai įėjimo įtampai ir didžiausiai apkrovai vis tiek turi likti IZ,min, o didžiausia įėjimo įtampa be apkrovos duoda didžiausią Zenerio diodo galią PZ = VZ·IZ.

Diodai ir tranzistoriai: kokios klaidos dažniausios?
  • Zenerio diodas išlaiko 3,3 V: ant R krinta tik Vin − VZ.
  • Rezistoriaus įtampa yra Vin − VZ, o ne VZ.
  • Atsakymą pateikite mA.
Diodai ir tranzistoriai: ką lavinsite?
  • Lengvas: diodų grandinės
  • Vidutinis: dvipolio tranzistoriaus darbo taškas
  • Sunkus: dvipolis tranzistorius kaip jungiklis

Kiekviename uždavinyje naujos reikšmės, todėl išmokstate metodą, o ne atsakymą. Strigote? Pirmiausia atverkite nedidelę užuominą, o visą paaiškinimą – tik kai jo prireiks.

Kaip vyksta praktika

  • Kiekviename uždavinyje naujos reikšmės, todėl išmokstate metodą, o ne atsakymą.
  • Strigote? Pirmiausia atverkite nedidelę užuominą, o visą paaiškinimą – tik kai jo prireiks.
  • Jūsų pažanga, klaidos ir išsaugoti uždaviniai išlieka, todėl prieš egzaminą galite viską pakartoti.

Temos prieš šią ir po jos

Pirmiausia išmokite

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Skaičiuoklės

Šviesos diodo rezistoriaus skaičiuoklė555 laikmačio skaičiuoklė (astabilusis ir monostabilusis)

Kursai su šia tema

Elektronika 1FE Electrical and Computer egzamino praktika

Daugiau temų: Elektros inžinerija

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSuperpozicijaTeveninas ir NortonasMazgų potencialų metodasKontūrų srovių metodasRC ir RL pereinamieji procesaiKintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiKintamosios srovės galia ir galios koeficientasLC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotisTrifazė galiaTransformatoriaiNuolatinės srovės varikliaiOperacinių stiprintuvų grandinėsDC-DC keitikliaiSkaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVitstouno tiltas ir tenzojutikliaiDuomenų kaupimas ir diskretizavimasLaplaso transformacijosStruktūrinės schemosŠuolinė reakcijaBode grafikai ir atsargosStabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaNusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSąsūka ir LTI sistemos

Spausdinamas užduočių lapas

Užduočių lapas tema Diodai ir tranzistoriai su atsakymais
Praktikuokitės nemokamai: Diodai ir tranzistoriaiPraktikuokitės dabar: Diodai ir tranzistoriaiKasdien nemokamų uždavinių: 5. Kortelės nereikia.